Свойства, использование и оптимизация параметров обработки в промышленном производстве

Lipid Insights. 2016; 9: 1–12.

Винай Р. Патель

¹ Кафедра масел, жиров и восков, Университет Сардара Пателя, Гуджарат, Индия.

² SDI Farms, Inc., Майами, Флорида, США.

³ Jayant Oils and Derivatives Ltd., Вадодара, Индия.

Джерард Дж. Думанкас

⁴ Департамент математики и физических наук, Государственный университет Луизианы, Александрия, Лос-Анджелес, США.

⁵ Химический факультет Оклахомского баптистского университета, Шони, штат Оклахома, США.

⁶ Process Analytical Technology, GlaxoSmithKline, King of Prussia, PA, USA.

Лакшми К. Каси Вишванат

⁵ Химический факультет, Баптистский университет Оклахомы, Шони, Оклахома, США.

Randall Maples

⁷ Химический факультет Восточно-Центрального университета, Ада, штат Оклахома, США.

Брайан Джон Дж. Субонг

⁸ Институт морских наук, Колледж наук, Университет Филиппин — Дилиман, Кесон-Сити, Филиппины.

¹ Кафедра масел, жиров и восков, Университет Сардара Пателя, Гуджарат, Индия.

² SDI Farms, Inc., Майами, Флорида, США.

³ Jayant Oils and Derivatives Ltd., Вадодара, Индия.

⁴ Департамент математики и физических наук, Государственный университет Луизианы — Александрия, Луизиана, США.

⁵ Химический факультет Оклахомского баптистского университета, Шони, штат Оклахома, США.

⁶ Process Analytical Technology, GlaxoSmithKline, King of Prussia, PA, USA.

⁷ Химический факультет Восточно-Центрального университета, Ада, штат Оклахома, США.

⁸ Институт морских наук, Колледж наук, Университет Филиппин — Дилиман, Кесон-Сити, Филиппины.

Поступила 01.06.2016; Пересмотрено 7 августа 2016 г .; Принято 9 августа 2016 г.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons CC-BY-NC 3. 0.

Abstract

Касторовое масло, производимое из клещевины, долгое время считалось имеющим важное коммерческое значение, в первую очередь, для производства мыла, смазок и покрытий, среди прочего. Мировое производство касторового масла сосредоточено в основном в небольшом географическом регионе Гуджарат в Западной Индии. Этот регион благоприятен своим трудоемким методом выращивания и условиями субтропического климата. Предприниматели и переработчики клещевины в Соединенных Штатах и ​​Южной Америке также выращивают клещевину, но сталкиваются с проблемой достижения высокой эффективности производства касторового масла, а также получения масла желаемого качества.В этой рукописи мы предоставляем подробный анализ новых методов обработки, используемых при производстве касторового масла. Мы обсуждаем новые методы обработки, объясняя конкретные технологические параметры, связанные с производством касторового масла.

Ключевые слова: касторовое масло, касторовые бобы, рицинолевая кислота, непищевое масло, переработка сырого касторового масла

Введение

Касторовое масло уже давно коммерчески используется в качестве возобновляемого ресурса в химической промышленности. 1,2 Это очень полезный продукт. масло растительное, полученное прессованием семян клещевины ( Ricinus communis L.), который в основном выращивается в Африке, Южной Америке и Индии.3,4 Основные страны-производители касторового масла включают Бразилию, Китай и Индию. Известно, что это масло было приручено в Восточной Африке и завезено в Китай из Индии примерно 1400 лет назад.4 Индия является нетто-экспортером касторового масла, на долю которого приходится более 90% экспорта касторового масла, в то время как Соединенные Штаты, Европейский Союз , и Китай являются основными импортерами, на долю которых приходится 84% импортированного касторового масла.5,6

Индия известна как мировой лидер в производстве касторового масла и масла и является лидером в международной торговле касторовым маслом.Производство касторового масла в этой стране обычно колеблется от 250 000 до 350 000 тонн в год. Примерно 86% производства семян клещевины в Индии сосредоточено в Гуджарате, за которым следуют Андхра-Прадеш и Раджастхан. В частности, регионы Мехсана, Банасканта и Саураштра / Катч в Гуджарате и районы Налгонда и Махбубнагар в Андхра-Прадеш являются основными районами производства касторового масла в Индии.7 Экономический успех клещевины в Гуджарате в 1980-х годах и в последующие годы можно отнести к сочетанию хорошей программы разведения, хорошей модели расширения в сочетании с доступом к хорошо развитым национальным и международным рынкам.8

Касторка — одна из старейших возделываемых культур; однако на его долю приходится всего 0,15% растительного масла, производимого в мире. Масло, произведенное из этой культуры, считается важным для мировой специальной химической промышленности, поскольку оно является единственным коммерческим источником гидроксилированной жирной кислоты.9 Несмотря на то, что на касторовое масло приходится всего 0,15% мирового производства растительных масел, во всем мире потребление этого товара увеличилось более чем на 50% за последние 25 лет, увеличившись с примерно 400 000 тонн в 1985 году до 610 000 тонн в 2010 году. 9,10 В среднем мировое потребление касторового масла увеличивалось на 7,32 тысячи тонн в год. В целом, текущие темпы производства касторового масла не считаются достаточными для удовлетворения ожидаемого увеличения спроса.

Существуют различные проблемы, которые затрудняют выращивание клещевины. Приспосабливаемость к климату — одна из проблем, ограничивающих выращивание клещевины в США. Растение также содержит токсичный белок, известный как рицин, что затрудняет его производство в США.S. Это также требует трудоемкого процесса сбора урожая, что делает практически невозможным для США и других развитых стран выращивание клещевины.

Клещевина оптимально растет в районах с тропическим летним дождем. Он хорошо растет от влажных тропиков до субтропических засушливых регионов с оптимальной температурой 20–25 ° C. Высокое содержание масла в семенах может быть связано с теплыми климатическими условиями, но температура выше 38 ° C может привести к плохой завязке семян. Кроме того, известно, что температура, достаточно низкая, чтобы вызвать образование инея, убивает растение. 11

По состоянию на 2008 год три страны (Индия, Китай и Бразилия) произвели 93% мировых поставок касторового масла. Поскольку производство сконцентрировано в основном в этих трех странах, общий объем производства клещевины сильно варьируется от года к году из-за колебаний количества осадков и размеров площадей, используемых для посадки. Как следствие, такая концентрация привела к циклическому производству клещевок. Таким образом, мы надеемся, что диверсификация регионов производства клещевины и производства при орошении снизит влияние климата на поставки клещевины.9

В Соединенных Штатах опасные химические продукты, обнаруженные в клещевине, особенно рицин, вызвали серьезную озабоченность. 9,12–15 Объем научной литературы, связанной с клещевинами, особенно по детальным параметрам обработки, задействованным в коммерческом производстве. Производство клещевины было относительно невелико в течение последнего столетия.9. За прошедшие годы проявился значительный интерес и были проведены исследования использования и свойств клещевины, но не в промышленных масштабах. Исследования касторового масла показали рост числа рукописей, увеличившийся в шесть раз с 1980-х годов ().Хотя альтернативные программы разведения и маркетинг могут привести к экономическому росту производства касторового масла, на коммерческом уровне различные проекты терпят неудачу из-за отсутствия знаний о новых методах обработки и параметрах, используемых при производстве касторового масла. В этой рукописи подробно обсуждаются эти параметры обработки. Хотя метод обработки клещевины обычно можно рассматривать как простой процесс, он также может быть сложным, если операторы не знают точных параметров обработки и рабочих процедур.В частности, параметры процесса производства касторового масла должны быть оптимизированы для достижения высокой эффективности экстракции масла с помощью метода экстракции растворителем16,17. В настоящее время не существует научной литературы, в которой подробно обсуждаются параметры промышленной обработки касторового масла. В этой статье подробно обсуждаются параметры обработки касторового масла и важные ключевые моменты, необходимые для производства касторового масла желаемого качества, и то, и другое важно для производителей касторового масла.

Исследования касторового масла показали растущий рост с 1980-х годов.Этот рисунок был создан путем поиска слов «касторовое масло» в PubMed.

Касторовое масло и его свойства

Касторовые бобы выращивают ради семян (), в результате чего получают вязкое, бледно-желтое нелетучее и невысыхающее касторовое масло.18 Были изучены физические свойства касторового масла (). Сравнительный анализ показал, что значения вязкости, плотности, теплопроводности и температуры застывания касторового масла были выше, чем у стандартной смазки (моторное масло SAE 40).19

Таблица 1

Физические свойства касторового масла.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Вязкость (сантистокс)	889,3
Плотность (г / мл)	0,959
9013
Удельная теплоемкость (кДж / кг / K)	0,089
Температура вспышки (° C)	145
Температура застывания (° C)	2. 7
Температура плавления (° C)	от −2 до −5
Показатель преломления	1.480

Уникальная структура касторового масла предлагает интересные свойства, что делает его подходящим для различных промышленных применений. Известно, что касторовое масло содержит до 90% рицинолевой, 4% линолевой, 3% олеиновой, 1% стеариновой и менее 1% линоленовой жирных кислот. Касторовое масло ценно из-за высокого содержания рицинолевой кислоты (RA), которая используется в различных областях химической промышленности ().20

Химическая структура рицинолевой кислоты, основного компонента касторового масла.

Гидроксильная функциональность RA делает касторовое масло природным полиолом, обеспечивающим окислительную стабильность маслу и относительно высокий срок хранения по сравнению с другими маслами за счет предотвращения образования пероксида. Присутствие гидроксильной группы в производных RA и RA обеспечивает расположение функциональной группы для выполнения множества химических реакций, включая галогенирование, дегидратацию, алкоксилирование, этерификацию и сульфатирование.В результате эта уникальная функциональность позволяет использовать касторовое масло в промышленных приложениях, таких как краски, покрытия, чернила и смазочные материалы.20

Касторовые бобы, источник касторового масла, также содержат некоторые аллергенные (2S альбумин) белки. как рицин; однако обработанное или рафинированное касторовое масло не содержит каких-либо из этих веществ и может безопасно использоваться в фармацевтических целях. Это можно объяснить широким спектром его биологического воздействия на высшие организмы.13,21 Рицин обнаружен исключительно в эндосперме семян клещевины и классифицируется как белок, инактивирующий рибосомы 2-го типа.22,23 Белки, инактивирующие рибосомы типа 2, такие как рицин из касторового масла, представляют собой лектины, которые необратимо инактивируют рибосомы, тем самым останавливая синтез белка и в конечном итоге приводя к гибели клеток. Это делает рицин сильнодействующим токсином для растений.24

Применение касторового масла и его производных

Топливо и биодизельное топливо

Кастора считается одной из самых многообещающих непищевых масличных культур благодаря высокой годовой урожайности и урожайности семян, а также так как его можно выращивать на маргинальных землях и в полузасушливом климате.Было проведено несколько исследований относительно свойств касторового топлива в чистом виде или в смеси с дизельным топливом, в первую очередь из-за чрезвычайно высокого содержания RA. В исследовании Бермана и др. 25 было обнаружено, что метиловые эфиры касторового масла можно использовать в качестве альтернативного биодизельного сырья при смешивании с дизельным топливом. Однако максимальный уровень смешивания ограничен 10% из-за высокого уровня RA, присутствующего в масле, который напрямую влияет на кинематическую вязкость биодизеля и температуру перегонки.В другом исследовании Shojaeefard et al26 изучалось влияние смесей биодизельного топлива с касторовым маслом на характеристики дизельного двигателя и выбросы. Они обнаружили, что 15% смесь касторового масла и биодизеля была оптимизированной смесью биодизеля и дизельного топлива. Результаты показали, что более низкие смеси биодизеля обеспечивают приемлемые характеристики двигателя и даже улучшают их. Подобно исследованию Shojaeefard et al. 26 Panwar et al27 получили метиловый эфир касторового масла путем переэтерификации с использованием гидроксида калия (KOH) в качестве катализатора.Затем они протестировали этот метиловый эфир, используя его в четырехтактном одноцилиндровом дизельном двигателе с переменной степенью сжатия. Был сделан вывод, что более низкие смеси биодизеля увеличивают термический КПД разрыва и снижают расход топлива. Кроме того, температура выхлопных газов увеличивалась с увеличением концентрации биодизельного топлива. Результаты их исследования доказали, что использование биодизеля из касторового масла в двигателе с воспламенением от сжатия является жизнеспособной альтернативой дизелю. Реакции переэтерификации касторового масла с этанолом и метанолом в качестве агентов переэтерификации также были изучены в присутствии нескольких классических каталитических систем. Результаты их исследования показывают, что биодизельное топливо может быть получено путем переэтерификации касторового масла с использованием этанола или метанола в качестве агентов переэтерификации.28 Хотя эти исследования показали многообещающие результаты использования касторового масла в качестве технически осуществимого биодизельного топлива, серьезным препятствием все еще остается существует в его использовании в качестве биодизеля в некоторых странах, таких как Бразилия. В Бразилии государственная политика продвигала клещевину как сырье для биодизеля, пытаясь принести социальные выгоды мелким фермерам в полузасушливом регионе страны.29,30 Однако через семь лет после запуска бразильской программы по производству биодизеля для производства биодизеля было использовано ничтожное количество касторового масла. Было обнаружено, что касторовое масло, произведенное в рамках этой программы, не использовалось в первую очередь для производства биодизеля, а продавалось по более высоким ценам в химической промышленности. 30 Еще одним серьезным ограничением в использовании касторового масла в качестве сырья для биодизеля была высокая цена, уплаченная за масло как промышленное масло, а не его физические и химические свойства. Касторовое масло пользуется большим спросом в химической промышленности для производства продуктов с очень высокой стоимостью.По этой причине использование этого масла в качестве замены дизельного топлива неэкономично.9 Наконец, хотя касторовое масло можно использовать непосредственно для замены обычного дизельного топлива, высокая вязкость этого масла ограничивает его применение.31

Полимерные материалы

Касторовое масло и его производные можно использовать в синтезе возобновляемых мономеров и полимеров.2 В одном исследовании касторовое масло было полимеризовано и сшито с серой или диизоцианатами с образованием вулканизированных и уретановых производных соответственно.32 В другом исследовании полностью взаимопроникающие полимерные сетки (IPN) были приготовлены из эпоксидной смолы и полиуретана (PU) на основе касторового масла с помощью последовательного режима синтеза. 33 Подобно вышеупомянутому исследованию, серия двухкомпонентных IPN модифицированных ПУ на основе касторового масла и полистирол (ПС) были получены последовательным методом. 34 IPN может быть разработан как особый класс полимеров, в котором существует комбинация двух полимеров, в которых один синтезируется или полимеризуется в присутствии другого.35,36 Таким образом, состав IPN можно рассматривать как полезный метод для разработки продукта с превосходными физико-механическими свойствами, чем обычные полисмеси. IPN также известен как полимерные сплавы и считается одной из самых быстрорастущих областей исследований в области смесей полимеров за последние два десятилетия.34

Полимер касторового масла (COP) также показал способность к герметизации, как пломбировочный материал корневого конца. Пломбировочный материал корневого конца просто относится к препаратам корневого конца, заполненным экспериментальными материалами.Основная цель этого типа материала — обеспечить апикальное уплотнение, предотвращающее перемещение бактерий и диффузию бактериальных продуктов из системы корневых каналов в периапикальные ткани. 37 В исследовании, проведенном de Martins et al, 38, герметизирующая способность COP, минеральный триоксидный заполнитель (MTA) и стеклоиономерный цемент (GIC) в качестве материалов для заполнения корня. МТА в основном состоит из трикальциевого силиката, трикальциевого аллюмината и оксида висмута и представляет собой особый эндодонтический цемент.39 GIC, с другой стороны, являются основными реставрационными материалами, которые являются биоактивными и имеют широкий спектр применений, таких как облицовка, бондинг, герметизация, фиксация или восстановление зуба.40 Результаты их исследования показывают, что COP имел большую герметичность способность при использовании в качестве корневого пломбировочного материала, чем MTA и GIC.

Биоразлагаемые полиэфиры — одно из наиболее распространенных применений касторового масла.41 Полиэфиры — первые синтетические конденсационные полимеры, полученные Каротерсом в 1930-х годах.42,43 Они известны как биоразлагаемые и экологически безопасные, с широким спектром применений в биомедицинской области, а также в получении эластомеров и упаковочных материалов. 44,45 Каркас жирных кислот является желательными биоразлагаемыми полимерами, хотя их применение ограничено. своим монофункциональным свойством. То есть большинство жирных кислот имеют одну группу карбоновой кислоты. Однако известно, что RA является одной из немногих естественных бифункциональных жирных кислот с дополнительной 12-гидроксильной группой наряду с концевой карбоновой кислотой ().Присутствие этой гидроксильной группы обеспечивает дополнительную функциональность для получения сложных полиэфиров или полиэфир-ангидридов. Свисающие цепи RA придают гидрофобность получаемым полиэфирам, тем самым влияя на механические и физические свойства полимеров. Эти цепи действуют как пластификаторы, снижая температуру стеклования сложных полиэфиров.41,46 Касторовое масло можно комбинировать с другими мономерами для получения множества сополимеров. Точная настройка этих сополимеров может обеспечить материалы с различными свойствами, которые находят применение в различных продуктах, от твердых имплантатов до гидрофобного геля для инъекций in situ. 41

Мыла, воски и смазки

В некоторых исследованиях касторовое масло использовалось для производства мыла.47–49 В некоторых исследованиях касторовое масло также используется в восках.50–53 В одном исследовании, проведенном Двиведи и Сапре54, касторовое масло использовалось во всех овощах. масляные смазки. Полные смазки на растительном масле — это смазки, в которых и смазка, и гелеобразователь образованы из растительного масла. В их исследовании использовалась схема одновременных реакций для образования натриевых и литиевых смазок с использованием касторового масла.

Смазочные материалы, гидравлические и тормозные жидкости

Касторовое масло также использовалось для разработки базовых компонентов смазочных материалов с низкой температурой застывания путем синтеза сложных ацилокси-касторовых полиоловых эфиров.55 Свойство низкой температуры застывания помогает обеспечить полную смазку при запуске оборудования, и с ним легче обращаться в холодную погоду. 56 Интересное исследование Сингха показало превосходный потенциал смазки на основе касторового масла в качестве средства уменьшения загрязнения дыма. В его исследованиях биоразлагаемое масло для двухтактных двигателей (2T), популярная разновидность смазочного масла, используемого в двухтактных двигателях скутеров и мотоциклов, 57 было разработано на основе касторового масла, которое состояло из моноэфиров толила и рабочих присадок, но не смешивалось. растворитель.Их оценки эффективности показали, что он снижает дымность на 50–70% при соотношении масла и топлива 1%, что соответствует стандартной спецификации продукта.58 В дополнение к возможному использованию в качестве моторного масла автомобиля, модифицированная версия Смазка на основе касторового масла, состоящая из 100 частей касторового масла и 20–110 частей химически и термически стабильной жидкой смеси с низкой вязкостью, растворимой в касторовом масле, показала свой потенциал в качестве смазки для холодильных систем.59 Хотя касторовое масло использовалось в качестве DOT Тормозная жидкость с рейтингом 2 считается устаревшим типом тормозной жидкости, которую нельзя использовать ни в каких современных транспортных средствах. 60,61

Удобрения

При производстве касторового масла образуются два основных побочных продукта: шелуха и шрот. На каждую тонну касторового масла получается 1,31 тонны шелухи и 1,1 тонны шрота. Исследование Lima et al62 показало, что смеси клещевины и шелухи клещевины, используемые в качестве удобрения, способствовали значительному росту растений до дозы 4,5% (по объему) муки. Однако дозы, превышающие 4,5%, вызывали снижение роста растений и даже гибель растений. Их исследование показало, что клещевина может быть использована в качестве хорошего органического удобрения из-за высокого содержания азота и фосфора, но смешивание с касторовой шелухой не обязательно.

Покрытия

Покрытия и краски также являются еще одним применением касторового масла. Касторовое масло можно эффективно обезвоживать с помощью неконъюгированных аддуктов масло-малеиновый ангидрид для получения полезных красок или мебельного масла () .63 Тревино и Трамбо64 изучали использование касторового масла в качестве покрытия путем преобразования гидроксильных функций касторового масла в β-кетоэфиры. с использованием t -бутилацетоацетата. Известно, что реакция является относительно быстрой и протекает с высоким выходом в мягких условиях.Результаты показали, что блеск пленок 60 ° и гибкость пленки были хорошими. В отдельном исследовании, проведенном Такуром и Караком, 65 усовершенствованных материалов для поверхностного покрытия были синтезированы из сверхразветвленных полиуретанов на основе касторового масла (HBPU), сильно разветвленной макромолекулы. HBP продемонстрировали отличные характеристики в качестве материалов для поверхностного покрытия с HBPU на основе моноглицеридов, демонстрируя более высокую прочность на разрыв, чем прямые покрытия на масляной основе. Оба HBPU имеют приемлемые диэлектрические свойства с термической стабильностью более 250 ° C для обоих полимеров.Покрытия Ceramer также являются еще одним нанесением касторового масла. де Лука и др .66 синтезировали керамические покрытия из касторового масла или эпоксидированного касторового масла и тетраэтоксисилана. Совсем недавно высокоэффективные гибридные покрытия были синтезированы Аллауддином и др. 67 с использованием методологии, которая включала введение гидролизуемых групп –Si-OCH ₃ в касторовое масло, которое использовалось для разработки гибридных покрытий PU / мочевина-диоксид кремния.

Схема реакции дегидратации рицинолевой кислоты.

Фармакологическое и лекарственное использование

Хотя касторовое масло хорошо известно как сильнодействующее слабительное, его лечебное применение относительно невелико (<1%). Помимо этого печально известного применения касторового масла, оно считается важным сырьем, используемым в химической промышленности, особенно при производстве широкого спектра материалов, многие из которых превосходят аналогичные продукты, полученные из нефти. Высокий процентный состав RA в непосредственной близости от двойной связи делает это масло пригодным для различных физических, химических и даже физиологических действий, как описано в вышеупомянутых параграфах. 5

Благодаря активности RA в кишечнике, касторовое масло широко использовалось в различных биопробах, связанных с антидиарейной активностью на лабораторных животных. Касторовое масло часто вводят перорально, чтобы вызвать диарею у крыс.68–70 Этот анализ привел к быстрому и эффективному методу предварительного скрининга различных фитохимических веществ на предмет потенциальных лекарств-кандидатов из натуральных продуктов.

В современной медицине касторовое масло также используется в качестве средства доставки лекарств. Примером является Kolliphor EL или ранее известный как Cremophor EL, который является зарегистрированным продуктом BASF Corp.Продукт представляет собой полиэкстоксилированное касторовое масло, смесь (CAS № 61791-12-6), которую получают, когда 35 моль этиленоксида вступают в реакцию с одним моль касторового масла. Этот продукт часто используется в качестве наполнителя или добавки в лекарствах, а также используется для образования стабильных эмульсий неполярных материалов в различных водных системах. Он также часто используется в качестве средства доставки очень неполярных лекарств, таких как противораковые препараты паклитаксел и доцетаксел.71–73

Экстракция касторового масла

Касторовое масло содержит около 30-50% масла ( м / м ). ).74,75 Касторовое масло можно экстрагировать из клещевины механическим прессованием, экстракцией растворителем или сочетанием прессования и экстракции.74 После сбора урожая семенам дают высохнуть, чтобы оболочка семян раскололась, высвобождая семена внутри . Процесс экстракции начинается с снятия оболочки с семян. Это можно сделать механически с помощью лущилки клещевины или вручную руками. Когда это экономически целесообразно, предпочтительнее использовать машину для облегчения процесса шелушения.

После снятия оболочки с семян семена очищаются от любых посторонних материалов, таких как палки, стебли, листья, песок или грязь. 75 Эти материалы обычно можно удалить с помощью серии вращающихся сит или катушек. Магниты, используемые над конвейерными лентами, могут удалять железо. Затем семена можно нагреть, чтобы внутренняя часть семян затвердела для экстракции. В этом процессе семена нагреваются в прессе с паровой рубашкой для удаления влаги, и этот процесс отверждения способствует экстракции.Затем приготовленные семена сушат перед началом процесса экстракции. Винтовой или гидравлический пресс непрерывного действия используется для измельчения семян касторового масла, чтобы облегчить удаление масла (). Первая часть этой фазы экстракции называется предварительным прессованием. Для предварительного прессования обычно используется винтовой пресс, называемый маслоэкраном. Маслоэкспеллер представляет собой винтовой пресс непрерывного действия высокого давления для извлечения масла.

Промышленный винтовой пресс непрерывного действия.

Хотя этот процесс можно проводить при низкой температуре, механическое прессование приводит только к 45% извлечению масла из клещевины.16 Более высокие температуры могут повысить эффективность экстракции. Выход до 80% доступного масла может быть получен путем использования высокотемпературного гидравлического прессования в процессе экстракции.74 Температуру экстракции можно контролировать путем циркуляции холодной воды через прессовую машину, отвечающую за холодное прессование семян. Касторовое масло холодного отжима имеет более низкое содержание кислоты и йода и светлее по цвету, чем касторовое масло, полученное экстракцией растворителем.75

После экстракции масло собирают и фильтруют, а отфильтрованный материал снова объединяют с новыми свежими семенами для повторной экстракции .Таким образом, объемный фильтрованный материал продолжает собираться и проходит несколько циклов экстракции, комбинируясь с новым сыпучим материалом по мере того, как процесс повторяется. Этот материал, наконец, выталкивается из пресса и известен как касторовый пирог. Касторовый жмых из пресса содержит примерно до 10% касторового масла.75 После измельчения и извлечения масла из основной массы семян касторового масла дальнейшее извлечение масла из оставшегося материала касторового жмыха может быть выполнено путем измельчения касторового жмыха и с использованием методов экстракции растворителем.Экстрактор Сокслета или коммерческий растворитель используется для извлечения масла из касторового жмыха. Использование органических растворителей, таких как гексан, гептан или петролейный эфир, в качестве растворителя в процессе экстракции приводит к удалению большей части остаточного масла, все еще недоступного в оставшейся массе семян.

Фильтрация / очистка касторового масла

После экстракции масла с помощью пресса в полученном масле все еще остаются примеси. Чтобы помочь в удалении оставшихся примесей, обычно используются системы фильтрации.Системы фильтрации способны удалять частицы крупного и мелкого размера, любые растворенные газы, кислоты и даже воду из масла.75 Оборудование системы фильтрации, обычно используемое для этой задачи, — это фильтр-пресс. Неочищенное касторовое масло имеет бледно-желтый или соломенный цвет, но его можно сделать бесцветным или почти бесцветным после очистки и отбеливания. Сырая нефть также имеет отчетливый запах, но ее также можно дезодорировать в процессе очистки.

Переработка касторового масла

После фильтрации неочищенное или нерафинированное масло отправляется на нефтеперерабатывающий завод для переработки.В процессе рафинирования из масла удаляются такие примеси, как коллоидные вещества, фосфолипиды, избыточные свободные жирные кислоты (СЖК) и красители. Удаление этих примесей позволяет маслу не портиться при длительном хранении. Стадии процесса рафинирования включают рафинирование, нейтрализацию, отбеливание и дезодорацию16,74. Рафинирование масла происходит путем добавления к нему горячей воды, давая смеси отстояться, и, наконец, удаляется водный слой. Этот процесс можно повторить.После стадии рафинирования для нейтрализации добавляют сильное основание, такое как гидроксид натрия. Затем основание удаляют горячей водой, и разделение водного слоя и масла позволяет удалить водный слой. За нейтрализацией следует отбеливание для удаления цвета, оставшихся фосфолипидов и любых остатков продуктов окисления. Затем касторовое масло дезодорируют, чтобы удалить из него запах. Рафинированное касторовое масло обычно имеет длительный срок хранения около 12 месяцев, если оно не подвергается чрезмерному нагреванию.Шаги, связанные с переработкой сырого касторового масла, более подробно рассматриваются в следующем разделе.

Очистка сырого касторового масла

В то время как в предыдущем разделе кратко обсуждался общий обзор стадии очистки касторового масла, в этом разделе подробно объясняется каждый из процессов, участвующих в ней. Нерафинированное касторовое масло приводит к быстрой деградации из-за присутствия примесей, как указано в разделе «Очистка касторового масла», что делает его менее подходящим для большинства применений.1 Следовательно, процесс очистки должен проводиться до получения производного масла.Порядок этапов, выполняемых в процессе рафинирования, который включает рафинирование, нейтрализацию, отбеливание, дезодорацию и иногда подготовку к зиме, должен приниматься во внимание для эффективной рафинации масла () и подробно и конкретно описан в условиях производства касторового масла в разделе « Дегумминг »,« Нейтрализация »,« Отбеливание »,« Дезодорация »и« Утепление ».

Блок-схема обработки роликов.

Удаление слизи

Первый этап процесса очистки касторового масла, называемый удалением слизи, используется для снижения содержания фосфатидов и металлов в сырой нефти.Фосфатиды, присутствующие в неочищенном касторовом масле, можно найти в форме лецитина, цефалина и фосфатидных кислот.76 Эти фосфатиды можно разделить на два разных типа: гидратируемые и негидратируемые, 77 и, соответственно, подходящие процедуры рафинирования (водное рафинирование, кислотное рафинирование и энзиматическое рафинирование) для эффективного удаления этих фосфатидов. Как правило, сырое растительное масло содержит около 10% негидратируемых фосфатидов.77 Однако количество может значительно варьироваться в зависимости от различных факторов, таких как тип семян, качество семян и условия, применяемые во время операции измельчения.В то время как гидратируемые фосфатиды могут быть удалены в основном водным рафинированием, негидратируемые фосфатиды могут быть удалены только с помощью кислотных или ферментативных процедур рафинирования. возможно на начальных этапах переработки нефти. В этом процессе сырая нефть нагревается примерно до 60–70 ° C. Затем к сырой нефти добавляют воду, и полученную смесь хорошо перемешивают и оставляют на 30 минут, в течение которых фосфатиды, присутствующие в сырой нефти, становятся гидратированными и, таким образом, становятся нерастворимыми в масле.78 Гидратированные фосфатиды можно удалить декантацией или центрифугированием. Водное рафинирование позволяет удалить даже небольшие количества негидратируемых фосфатидов вместе с гидратируемыми фосфатидами. Экстрагированные камеди можно перерабатывать в лецитин для пищевых, кормовых или технических целей.

Кислотное рафинирование

В целом, процесс кислотного рафинирования можно рассматривать как лучшую альтернативу процессу водного рафинирования, если сырая нефть содержит значительное количество негидратируемых фосфатидов.79 В процессе кислотного рафинирования неочищенное касторовое масло обрабатывают кислотой (фосфорной кислотой, яблочной кислотой или лимонной кислотой) в присутствии воды. 77,80 Кислотное рафинирование обычно проводится при повышенной температуре, обычно около 90 ° С. С. Затем выпавшие в осадок камеди отделяют центрифугированием с последующей сушкой в ​​вакууме рафинированного масла.79

Ферментативное рафинирование

Превращение негидратируемых фосфатидов в гидратируемые фосфатиды также может быть достигнуто с использованием ферментов.81 Здесь раствор фермента, который представляет собой смесь водного раствора лимонной кислоты, каустической соды и ферментов, диспергируется в отфильтрованном масле при умеренных температурах, обычно от 45 ° C до 65 ° C. Высокоскоростной вращающийся смеситель используется для эффективного смешивания масла и фермента. Затем масло отделяется от гидратированной камеди путем механического отделения и подвергается вакуумной сушке.82 Существует множество так называемых «микробных ферментов». Первыми из них были фосфолипазы A1 (Lecitase® Novo и Ultra) и, совсем недавно, фосфолипаза C (Purifine®).Липид-ацилтрансфераза (LysoMax®) с активностью PLA2 также стала доступной в коммерческих количествах. Эти ферменты имеют определенные функции и особенности. Например, ферменты Lecitases® и LysoMax® способны катализировать гидролиз всех обычных фосфатидов. Фермент Purifine®, с другой стороны, специфичен для фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина.81

Нейтрализация

Семена клещевины хорошего качества, хранящиеся в контролируемых условиях, производят только низкое содержание FFA, приблизительно равное 0.3% .82 Иногда масличные семена, которые старые или хранятся более 12 месяцев с высоким содержанием влаги, производят высокое содержание FFA на уровне около 5 %.83 Этот избыток FFA, присутствующий в касторовом масле, не обеспечивает тех же функций, что и масло. нейтральное масло и может изменять свою реакционную способность с различными веществами. Следовательно, очень важно удалить высокое содержание FFA, чтобы получить высококачественное касторовое масло. Этот процесс удаления FFA из очищенного от слизи масла называется нейтрализацией.82

В целом процесс рафинирования можно разделить на два метода: химический и физический рафинирование. Физическое рафинирование обычно осуществляется путем поддержания высокой температуры выше 200 ° C при низком давлении вакуума. В этих условиях обработки FFA с низкой точкой кипения перегоняется в вакууме из триглицеридов с высокой точкой кипения. Однако физическая очистка не рекомендуется в случае касторового масла из-за его чувствительности к теплу, поскольку оно обычно начинает распадаться при температуре выше 150 ° C, что может привести к гидролизу гидроксильных групп.С другой стороны, химическая очистка основана на принципе растворимости триглицеридов и мыла жирных кислот.82 СЖК (кислоты) реагируют со щелочью (сильное основание) с образованием мыла жирных кислот (). Образовавшееся мыло обычно нерастворимо в масле и, следовательно, его можно легко отделить от масла на основании разницы в удельном весе между мылом и триглицеридами. Удельный вес мыла выше, чем у триглицеридов, и поэтому оно имеет тенденцию оседать на дне реактора.На большинстве современных нефтеперерабатывающих заводов для разделения мыльной и масляной смеси используются высокоскоростные центрифуги.

Образование мыла с рицинолевой кислотой.

Щелочная нейтрализация или химическая очистка снижает содержание следующих компонентов: свободных жирных кислот, продуктов окисления свободных жирных кислот, остаточных белков, фосфатидов, углеводов, следов металлов и части пигментов. Касторовое масло, очищенное от слизи, сначала обрабатывают раствором щелочи (2% каустической соды) при температуре от 85 ° C до 95 ° C при постоянном перемешивании в течение примерно 45–60 минут.84 На этом этапе щелочь реагирует с FFA и превращает их в мыльный раствор. Полученное мыло имеет более высокий удельный вес, чем нейтральное масло, и имеет тенденцию оседать на дне. Масло можно отделить от мыла гравитационным разделением или с помощью коммерческих центрифуг. Мелкие нефтеперерабатывающие заводы используют маршрут гравитационного разделения, тогда как заводы большой мощности используют коммерческие центрифуги с вертикальным штабелем. Затем отделенное масло промывают горячей водой для удаления мыла, раствора щелочи и других примесей.85 Как правило, периодическая нейтрализация касторового масла требует от четырех до шести промывок горячей водой, чтобы снизить уровень мыла до уровня ниже 100 частей на миллион. 84 Полученное таким образом масло сушат в вакууме и передают на следующий процесс — отбеливание.

Нейтрализация касторового масла — это этап очистки с высокими потерями. Эта потеря, предположительно, связана с небольшой разницей в удельном весе образующегося мыла и нейтрального вязкого касторового масла.83

Отбеливание

Касторовое масло используется во многих областях, где внешний вид конечного продукта чрезвычайно важен.Например, косметические составы, смазочные добавки и производство биоматериалов требуют, чтобы цвет конечного продукта находился в определенных пределах. Хотя касторовое масло, полученное после процессов рафинирования и нейтрализации, по внешнему виду дает прозрачную жидкость, оно все же может содержать окрашенные тела, натуральные пигменты и антиоксиданты (токоферолы и токотриенолы), которые были экстрагированы вместе с неочищенным маслом из касторовых бобов. пигменты чрезвычайно малы, от 10 до 50 нм, и их невозможно удалить из масла с помощью какой-либо единичной операции.82 Однако процесс адсорбции, называемый «отбеливанием», может использоваться для удаления таких цветных пигментов и оставшихся фосфолипидов с использованием активированных земель в условиях умеренного вакуума от 50 до 100 мм рт. Уменьшение цвета масла можно измерить с помощью аналитического прибора, называемого тинтометром.

Активированные земли — это глинистые руды, содержащие минералы, а именно бентонит и монтмориллонит. Эти типы глины обычно встречаются на всех континентах, образовавшихся в результате уникальных географических перемещений миллионы лет назад.87 Эффективность отбеливающей земли, также называемая отбеливающей способностью, зависит от способности адсорбировать цветные пигменты и другие загрязнения на ее поверхности. Обычно необработанная глина имеет более низкую отбеливаемость, чем активированная кислотой или обработанная глина. Необработанные глины при активации концентрированной кислотой с последующей промывкой и сушкой приобретают большую адсорбционную способность для адсорбции цветных пигментов из масла.88

Отбеливание касторового масла можно проводить в вакууме при температуре около 100 ° C при постоянном перемешивании масла подходящей количество активированных земель и угля.78 Процесс отбеливания требует около 2% отбеливающей земли и углерода для получения желаемого масла светлого цвета. В этих условиях обработки окрашенные тела, мыло и фосфатиды адсорбируются на активированной земле и угле. Активированная земля и уголь удаляются с помощью стандартного фильтра. Полученный таким образом отработанный углерод земли сохраняет содержание нефти около 20-25%. Отбеливающее касторовое масло с повышенным содержанием фосфатидов и мыла часто приводит к сильному удерживанию масла из-за большого количества используемой активированной земли и, таким образом, вызывает проблемы с фильтрацией.Хотя эта оставшаяся нефть на отработанной земле может быть извлечена путем кипячения отработанной земли в воде или методом экстракции растворителем, восстановленная нефть из отработанной земли сильно окрашена с высоким содержанием FFA и высоким содержанием пероксида, обычно более 10 мг КОН / г и 20 мэкв / кг соответственно.88

Дезодорация

Дезодорация — это просто процесс вакуумной перегонки с водяным паром, который удаляет относительно летучие компоненты, которые вызывают нежелательные привкусы, цвета и запахи в жирах и маслах.В отличие от других растительных масел, касторовое масло требует ограниченного дезодорации или не требует ее вообще, так как это непищевое масло, в котором легкий резкий запах не является проблемой для большинства его применений, за исключением фармацевтического касторового масла.89,90 Дезодорация обычно проводится. в высоком вакууме и при высокой температуре выше 250 ° C для удаления нежелательных запахов, вызываемых кетонами, альдегидами, стеролами, тритерпеновыми спиртами и короткоцепочечными жирными кислотами.85 Касторовое масло фармацевтического качества дезодорируется при низких температурах, приблизительно от 150 ° C до 170 ° C в высоком вакууме в течение 8–10 часов, чтобы избежать гидролиза гидроксигруппы RA.86

Подготовка к зиме

Большинство растительных масел содержат высокие концентрации восков, жирных кислот и липидов. Следовательно, он подвергается процессу подготовки к зиме перед окончательным использованием. Подготовка масла к зиме — это процесс, при котором воски кристаллизуются и удаляются с помощью процесса фильтрации, чтобы избежать помутнения жидкой фракции при более низких температурах. Кизельгур является обычно используемым вспомогательным фильтрующим агентом, и полученный в конце фильтрационный осадок может быть переработан в кормовой ингредиент.В некоторых случаях аналогичный процесс, называемый «депарафинизация», также может использоваться в качестве средства для осветления масла, когда количество мутности сохраняется.91,92

Выводы и направления на будущее

Касторовое масло является многообещающим товаром, который имеет множество разнообразных свойств. применения в ближайшие годы, особенно в качестве возобновляемого источника энергии.

Важное значение для производства и сбыта касторового масла имеет научное исследование параметров обработки, необходимых для повышения выхода масла. В последние годы были выполнены и реализованы алгоритмы прогнозирующего моделирования с машинным обучением и расчеты для прогнозирования и оптимизации любых технологических параметров при производстве касторового масла.Использование искусственной нейронной сети (ИНС) в сочетании с генетическим алгоритмом (GA) и экспериментами с центральным композитным дизайном (CCD) позволило разработать статистическую модель для оптимизации множества переменных, предсказывающих наилучшие условия работы с минимальным количеством экспериментов и высоким содержанием касторового масла. 93 В отдельном исследовании, проведенном Мбахом и др. 17, для определения условий использовался многоуровневый факторный план с использованием программного обеспечения Minitab, что привело к оптимальному выходу экстракции касторового масла методом экстракции растворителем.Это исследование показало, что оптимальные условия, включающие время выщелачивания 2 часа, температуру выщелачивания 50 ° C и соотношение растворенных веществ: растворителей 2 г: 40 мл, обеспечивают оптимальный выход экстракции касторового масла. Такой математический экспериментальный план и методология могут оказаться полезными при анализе эффектов и взаимодействий многих экспериментальных факторов, участвующих в производстве касторового масла.

С появлением биотехнологических инноваций генная инженерия может улучшить как качество, так и количество касторового масла.Генную инженерию можно разделить на две части: один подход заключается в увеличении содержания определенных жирных кислот, а второй подход — в разработке биосинтетических путей промышленных масел с высокой ценностью.94 Для последнего могут быть добыты кластеры биосинтетических генов, ответственные за производство жирных кислот. для этой цели. В одном конкретном исследовании Лу и др. 95 Arabidopsis thaliana , экспрессирующая гидроксилазу 12 жирных кислот клещевины (FAh22), была использована для поиска генов, которые могут улучшать накопление гидрокси жирных кислот среди развитых трансгенных семян.Вышеупомянутое исследование позволило идентифицировать определенные белки, которые могут улучшить содержание гидроксижирных кислот в семенах клещевины. Эти белки включают олеозины (небольшой белок, участвующий в образовании липидных тел) и фосфатидилэтаноламин (белок, участвующий в модификации жирных кислот и передающийся в триацилглицерин) .96 Понимая генетику, лежащую в основе производства масла, можно достичь лучшего выхода.

С наступлением эры –омики геномика, транскриптомика и протеомика могут стать ключевыми игроками в понимании генетики улучшения качества и количества добычи нефти.Достижения в области геномики позволили разработать последовательность генома клещевины, которая привела к пониманию его генетического разнообразия.97,98 Будущее направление будет включать тандемную геномику и транскриптомику, которая может помочь выявить различия в уровнях экспрессии генов по пространственно-временному параметру, влияющему на качество и количество масла. Кроме того, протеомика может быть использована для понимания белков и ферментов, которые экспрессируются клещевиной. 99 Поскольку это немодельный организм, методы идентификации белков на основе гомологии могут быть использованы для понимания клеточной и биологической природы производства масла, что приведет к улучшенное качество и количество масла.

В качестве источника биодизеля недавние исследования показали, что синтез биодизельного топлива из касторового масла ограничен рядом факторов, включая наличие надлежащей температуры реакции, молярного отношения масла к метанолу и количества катализатора. Исследование с использованием методологии поверхности отклика в качестве модели было использовано для оптимизации фактора реакции синтеза биодизельного топлива из касторового масла.100 В другом аналогичном исследовании изучались параметры, влияющие на реакцию переэтерификации касторового масла.Используя метод Тагучи, состоящий из четырех параметров (температура реакции, интенсивность перемешивания, соотношение спирт / масло и концентрация катализатора), были определены лучшие экспериментальные условия. Было определено, что температуру реакции и интенсивность перемешивания можно оптимизировать. Используя оптимальные результаты, авторы предложили кинетическую модель, которая привела к установлению уравнения для начальной скорости реакции переэтерификации.101 Помимо метода Тагучи, полный факторный план эксперимента также является еще одним подходом, который был исследован для оптимизации производства биодизеля из клещевины. масло.Была получена полиномиальная модель второго порядка для прогнозирования выхода биодизельного топлива как функции этих переменных. Экспериментальные результаты этого процесса показали, что средний выход биодизеля превышает 90% .102 Использование моделей и моделирования действительно может значительно повысить эффективность производства биодизеля из касторового масла. Кроме того, была предложена простая модель, использующая би-би-механизм пинг-понга, которая обобщает эффективный метод некаталитической переэтерификации касторового масла в сверхкритическом метаноле и этаноле.103 Это модель ферментативной реакции, в которой участвуют два субстрата и два продукта (так называемая би-би-система). Фермент сначала вступает в реакцию с одним субстратом с образованием продукта и модифицированного фермента. Затем модифицированный фермент будет реагировать со вторым субстратом с образованием конечного продукта и регенерировать исходный фермент. В этой модели фермент воспринимается как мяч для пинг-понга, который перескакивает из одного состояния в другое.

Производство биодизеля из касторового масла — действительно перспективное предприятие.Достижения в области моделей и моделирования облегчили оптимизацию ключевых параметров обработки, необходимых для получения хорошего выхода такого биодизельного топлива.

В этом обзоре мы представляем как обширный, так и интенсивный анализ касторового масла, от его промышленного до фармакологического использования. Кроме того, в этом обзоре обсуждалась традиционная и современная переработка касторового масла, а также будущие направления, по мере того как мы вступаем в эру -омики и компьютерного анализа.

Благодарности

Мы хотели бы поблагодарить Jayant Oils and Derivatives и SDI Farms, Inc за то, что они позволили нам использовать их возможности, которые привели к концептуализации этой рукописи.

Аббревиатуры

Сноски

АКАДЕМИЧЕСКИЙ РЕДАКТОР: Тим Левин, главный редактор

РЕЦЕНЗИЯ: Три рецензента внесли свой вклад в отчет о коллегиальной проверке.В отчетах рецензентов было 727 слов без учета конфиденциальных комментариев академического редактора.

ФИНАНСИРОВАНИЕ: Авторы не раскрывают никаких внешних источников финансирования.

КОНКУРЕНТНЫЕ ИНТЕРЕСЫ: VRP использовалась компаниями Jayant Oils and Derivatives Ltd. и SDI Inc., коммерческими производителями касторового масла, во время подготовки данной рукописи. Другие авторы не сообщают о потенциальных конфликтах интересов.

Работа, прошедшая одностороннее слепое рецензирование независимым экспертом.Все редакционные решения принимаются независимым академическим редактором. При подаче рукопись была подвергнута антиплагиатной проверке. Перед публикацией все авторы подписали подтверждение согласия на публикацию статьи и соблюдение всех применимых этических и юридических требований, включая точность информации об авторе и соавторах, раскрытие конкурирующих интересов и источников финансирования, соблюдение этических требований, касающихся человека и животных. участников исследования, а также соблюдение требований об авторских правах третьих лиц.Этот журнал является членом Комитета по этике публикаций (COPE).

Вклад авторов

Задумал и разработал исследование: VRP, GGD и LCKV. Проанализированы данные: VRP, GGD и LCKV. Написал первый черновик рукописи: ВРП. В написании рукописи участвовали: VRP, GGD, LCKV, RM и BJJS. Согласен с результатами и выводами рукописи: VRP, GGD, LCKV, RM и BJJS. Совместно разработали структуру и аргументы для статьи: VRP, GGD, LCKV, RM и BJJS.Внесены критические исправления и утверждена финальная версия: VRP, GGD, LCKV, RM и BJJS. Все авторы просмотрели и одобрили окончательный вариант рукописи.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

6. OIL WORLD ISTA Mielke GmbH: Служба прогнозирования и информации для масличных культур, масел и шротов.

77. Кэмпбелл SJ, Nakayama N, Unger EH. United Oilseed Products Ltd; 1 157 883. Химическое рафинирование сырых растительных масел. Канадский патент 1983 г.

Свойства, использование и оптимизация параметров обработки в коммерческом производстве

Lipid Insights. 2016; 9: 1–12.

Винай Р. Патель

¹ Кафедра масел, жиров и восков, Университет Сардара Пателя, Гуджарат, Индия.

² SDI Farms, Inc., Майами, Флорида, США.

³ Jayant Oils and Derivatives Ltd., Вадодара, Индия.

Джерард Дж. Думанкас

⁴ Департамент математики и физических наук, Государственный университет Луизианы, Александрия, Лос-Анджелес, США.

⁵ Химический факультет Оклахомского баптистского университета, Шони, штат Оклахома, США.

⁶ Process Analytical Technology, GlaxoSmithKline, King of Prussia, PA, USA.

Лакшми К. Каси Вишванат

⁵ Химический факультет, Баптистский университет Оклахомы, Шони, Оклахома, США.

Randall Maples

⁷ Химический факультет Восточно-Центрального университета, Ада, штат Оклахома, США.

Брайан Джон Дж. Субонг

⁸ Институт морских наук, Колледж наук, Университет Филиппин — Дилиман, Кесон-Сити, Филиппины.

¹ Кафедра масел, жиров и восков, Университет Сардара Пателя, Гуджарат, Индия.

² SDI Farms, Inc., Майами, Флорида, США.

³ Jayant Oils and Derivatives Ltd., Вадодара, Индия.

⁴ Департамент математики и физических наук, Государственный университет Луизианы — Александрия, Луизиана, США.

⁵ Химический факультет Оклахомского баптистского университета, Шони, штат Оклахома, США.

⁶ Process Analytical Technology, GlaxoSmithKline, King of Prussia, PA, USA.

⁷ Химический факультет Восточно-Центрального университета, Ада, штат Оклахома, США.

⁸ Институт морских наук, Колледж наук, Университет Филиппин — Дилиман, Кесон-Сити, Филиппины.

Поступила 01.06.2016; Пересмотрено 7 августа 2016 г .; Принято 9 августа 2016 г.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons CC-BY-NC 3.0.

Abstract

Касторовое масло, производимое из клещевины, долгое время считалось имеющим важное коммерческое значение, в первую очередь, для производства мыла, смазок и покрытий, среди прочего. Мировое производство касторового масла сосредоточено в основном в небольшом географическом регионе Гуджарат в Западной Индии. Этот регион благоприятен своим трудоемким методом выращивания и условиями субтропического климата. Предприниматели и переработчики клещевины в Соединенных Штатах и ​​Южной Америке также выращивают клещевину, но сталкиваются с проблемой достижения высокой эффективности производства касторового масла, а также получения масла желаемого качества.В этой рукописи мы предоставляем подробный анализ новых методов обработки, используемых при производстве касторового масла. Мы обсуждаем новые методы обработки, объясняя конкретные технологические параметры, связанные с производством касторового масла.

Ключевые слова: касторовое масло, касторовые бобы, рицинолевая кислота, непищевое масло, переработка сырого касторового масла

Введение

Касторовое масло уже давно коммерчески используется в качестве возобновляемого ресурса в химической промышленности.1,2 Это очень полезный продукт. масло растительное, полученное прессованием семян клещевины ( Ricinus communis L.), который в основном выращивается в Африке, Южной Америке и Индии.3,4 Основные страны-производители касторового масла включают Бразилию, Китай и Индию. Известно, что это масло было приручено в Восточной Африке и завезено в Китай из Индии примерно 1400 лет назад.4 Индия является нетто-экспортером касторового масла, на долю которого приходится более 90% экспорта касторового масла, в то время как Соединенные Штаты, Европейский Союз , и Китай являются основными импортерами, на долю которых приходится 84% импортированного касторового масла.5,6

Индия известна как мировой лидер в производстве касторового масла и масла и является лидером в международной торговле касторовым маслом.Производство касторового масла в этой стране обычно колеблется от 250 000 до 350 000 тонн в год. Примерно 86% производства семян клещевины в Индии сосредоточено в Гуджарате, за которым следуют Андхра-Прадеш и Раджастхан. В частности, регионы Мехсана, Банасканта и Саураштра / Катч в Гуджарате и районы Налгонда и Махбубнагар в Андхра-Прадеш являются основными районами производства касторового масла в Индии.7 Экономический успех клещевины в Гуджарате в 1980-х годах и в последующие годы можно отнести к сочетанию хорошей программы разведения, хорошей модели расширения в сочетании с доступом к хорошо развитым национальным и международным рынкам.8

Касторка — одна из старейших возделываемых культур; однако на его долю приходится всего 0,15% растительного масла, производимого в мире. Масло, произведенное из этой культуры, считается важным для мировой специальной химической промышленности, поскольку оно является единственным коммерческим источником гидроксилированной жирной кислоты.9 Несмотря на то, что на касторовое масло приходится всего 0,15% мирового производства растительных масел, во всем мире потребление этого товара увеличилось более чем на 50% за последние 25 лет, увеличившись с примерно 400 000 тонн в 1985 году до 610 000 тонн в 2010 году.9,10 В среднем мировое потребление касторового масла увеличивалось на 7,32 тысячи тонн в год. В целом, текущие темпы производства касторового масла не считаются достаточными для удовлетворения ожидаемого увеличения спроса.

Существуют различные проблемы, которые затрудняют выращивание клещевины. Приспосабливаемость к климату — одна из проблем, ограничивающих выращивание клещевины в США. Растение также содержит токсичный белок, известный как рицин, что затрудняет его производство в США.S. Это также требует трудоемкого процесса сбора урожая, что делает практически невозможным для США и других развитых стран выращивание клещевины.

Клещевина оптимально растет в районах с тропическим летним дождем. Он хорошо растет от влажных тропиков до субтропических засушливых регионов с оптимальной температурой 20–25 ° C. Высокое содержание масла в семенах может быть связано с теплыми климатическими условиями, но температура выше 38 ° C может привести к плохой завязке семян. Кроме того, известно, что температура, достаточно низкая, чтобы вызвать образование инея, убивает растение.11

По состоянию на 2008 год три страны (Индия, Китай и Бразилия) произвели 93% мировых поставок касторового масла. Поскольку производство сконцентрировано в основном в этих трех странах, общий объем производства клещевины сильно варьируется от года к году из-за колебаний количества осадков и размеров площадей, используемых для посадки. Как следствие, такая концентрация привела к циклическому производству клещевок. Таким образом, мы надеемся, что диверсификация регионов производства клещевины и производства при орошении снизит влияние климата на поставки клещевины.9

В Соединенных Штатах опасные химические продукты, обнаруженные в клещевине, особенно рицин, вызвали серьезную озабоченность. 9,12–15 Объем научной литературы, связанной с клещевинами, особенно по детальным параметрам обработки, задействованным в коммерческом производстве. Производство клещевины было относительно невелико в течение последнего столетия.9. За прошедшие годы проявился значительный интерес и были проведены исследования использования и свойств клещевины, но не в промышленных масштабах. Исследования касторового масла показали рост числа рукописей, увеличившийся в шесть раз с 1980-х годов ().Хотя альтернативные программы разведения и маркетинг могут привести к экономическому росту производства касторового масла, на коммерческом уровне различные проекты терпят неудачу из-за отсутствия знаний о новых методах обработки и параметрах, используемых при производстве касторового масла. В этой рукописи подробно обсуждаются эти параметры обработки. Хотя метод обработки клещевины обычно можно рассматривать как простой процесс, он также может быть сложным, если операторы не знают точных параметров обработки и рабочих процедур.В частности, параметры процесса производства касторового масла должны быть оптимизированы для достижения высокой эффективности экстракции масла с помощью метода экстракции растворителем16,17. В настоящее время не существует научной литературы, в которой подробно обсуждаются параметры промышленной обработки касторового масла. В этой статье подробно обсуждаются параметры обработки касторового масла и важные ключевые моменты, необходимые для производства касторового масла желаемого качества, и то, и другое важно для производителей касторового масла.

Исследования касторового масла показали растущий рост с 1980-х годов.Этот рисунок был создан путем поиска слов «касторовое масло» в PubMed.

Касторовое масло и его свойства

Касторовые бобы выращивают ради семян (), в результате чего получают вязкое, бледно-желтое нелетучее и невысыхающее касторовое масло.18 Были изучены физические свойства касторового масла (). Сравнительный анализ показал, что значения вязкости, плотности, теплопроводности и температуры застывания касторового масла были выше, чем у стандартной смазки (моторное масло SAE 40).19

Таблица 1

Физические свойства касторового масла.

Уникальная структура касторового масла предлагает интересные свойства, что делает его подходящим для различных промышленных применений. Известно, что касторовое масло содержит до 90% рицинолевой, 4% линолевой, 3% олеиновой, 1% стеариновой и менее 1% линоленовой жирных кислот. Касторовое масло ценно из-за высокого содержания рицинолевой кислоты (RA), которая используется в различных областях химической промышленности ().20

Химическая структура рицинолевой кислоты, основного компонента касторового масла.

Гидроксильная функциональность RA делает касторовое масло природным полиолом, обеспечивающим окислительную стабильность маслу и относительно высокий срок хранения по сравнению с другими маслами за счет предотвращения образования пероксида. Присутствие гидроксильной группы в производных RA и RA обеспечивает расположение функциональной группы для выполнения множества химических реакций, включая галогенирование, дегидратацию, алкоксилирование, этерификацию и сульфатирование.В результате эта уникальная функциональность позволяет использовать касторовое масло в промышленных приложениях, таких как краски, покрытия, чернила и смазочные материалы.20

Касторовые бобы, источник касторового масла, также содержат некоторые аллергенные (2S альбумин) белки. как рицин; однако обработанное или рафинированное касторовое масло не содержит каких-либо из этих веществ и может безопасно использоваться в фармацевтических целях. Это можно объяснить широким спектром его биологического воздействия на высшие организмы.13,21 Рицин обнаружен исключительно в эндосперме семян клещевины и классифицируется как белок, инактивирующий рибосомы 2-го типа.22,23 Белки, инактивирующие рибосомы типа 2, такие как рицин из касторового масла, представляют собой лектины, которые необратимо инактивируют рибосомы, тем самым останавливая синтез белка и в конечном итоге приводя к гибели клеток. Это делает рицин сильнодействующим токсином для растений.24

Применение касторового масла и его производных

Топливо и биодизельное топливо

Кастора считается одной из самых многообещающих непищевых масличных культур благодаря высокой годовой урожайности и урожайности семян, а также так как его можно выращивать на маргинальных землях и в полузасушливом климате.Было проведено несколько исследований относительно свойств касторового топлива в чистом виде или в смеси с дизельным топливом, в первую очередь из-за чрезвычайно высокого содержания RA. В исследовании Бермана и др. 25 было обнаружено, что метиловые эфиры касторового масла можно использовать в качестве альтернативного биодизельного сырья при смешивании с дизельным топливом. Однако максимальный уровень смешивания ограничен 10% из-за высокого уровня RA, присутствующего в масле, который напрямую влияет на кинематическую вязкость биодизеля и температуру перегонки.В другом исследовании Shojaeefard et al26 изучалось влияние смесей биодизельного топлива с касторовым маслом на характеристики дизельного двигателя и выбросы. Они обнаружили, что 15% смесь касторового масла и биодизеля была оптимизированной смесью биодизеля и дизельного топлива. Результаты показали, что более низкие смеси биодизеля обеспечивают приемлемые характеристики двигателя и даже улучшают их. Подобно исследованию Shojaeefard et al. 26 Panwar et al27 получили метиловый эфир касторового масла путем переэтерификации с использованием гидроксида калия (KOH) в качестве катализатора.Затем они протестировали этот метиловый эфир, используя его в четырехтактном одноцилиндровом дизельном двигателе с переменной степенью сжатия. Был сделан вывод, что более низкие смеси биодизеля увеличивают термический КПД разрыва и снижают расход топлива. Кроме того, температура выхлопных газов увеличивалась с увеличением концентрации биодизельного топлива. Результаты их исследования доказали, что использование биодизеля из касторового масла в двигателе с воспламенением от сжатия является жизнеспособной альтернативой дизелю. Реакции переэтерификации касторового масла с этанолом и метанолом в качестве агентов переэтерификации также были изучены в присутствии нескольких классических каталитических систем.Результаты их исследования показывают, что биодизельное топливо может быть получено путем переэтерификации касторового масла с использованием этанола или метанола в качестве агентов переэтерификации.28 Хотя эти исследования показали многообещающие результаты использования касторового масла в качестве технически осуществимого биодизельного топлива, серьезным препятствием все еще остается существует в его использовании в качестве биодизеля в некоторых странах, таких как Бразилия. В Бразилии государственная политика продвигала клещевину как сырье для биодизеля, пытаясь принести социальные выгоды мелким фермерам в полузасушливом регионе страны.29,30 Однако через семь лет после запуска бразильской программы по производству биодизеля для производства биодизеля было использовано ничтожное количество касторового масла. Было обнаружено, что касторовое масло, произведенное в рамках этой программы, не использовалось в первую очередь для производства биодизеля, а продавалось по более высоким ценам в химической промышленности.30 Еще одним серьезным ограничением в использовании касторового масла в качестве сырья для биодизеля была высокая цена, уплаченная за масло как промышленное масло, а не его физические и химические свойства. Касторовое масло пользуется большим спросом в химической промышленности для производства продуктов с очень высокой стоимостью.По этой причине использование этого масла в качестве замены дизельного топлива неэкономично.9 Наконец, хотя касторовое масло можно использовать непосредственно для замены обычного дизельного топлива, высокая вязкость этого масла ограничивает его применение.31

Полимерные материалы

Касторовое масло и его производные можно использовать в синтезе возобновляемых мономеров и полимеров.2 В одном исследовании касторовое масло было полимеризовано и сшито с серой или диизоцианатами с образованием вулканизированных и уретановых производных соответственно.32 В другом исследовании полностью взаимопроникающие полимерные сетки (IPN) были приготовлены из эпоксидной смолы и полиуретана (PU) на основе касторового масла с помощью последовательного режима синтеза.33 Подобно вышеупомянутому исследованию, серия двухкомпонентных IPN модифицированных ПУ на основе касторового масла и полистирол (ПС) были получены последовательным методом. 34 IPN может быть разработан как особый класс полимеров, в котором существует комбинация двух полимеров, в которых один синтезируется или полимеризуется в присутствии другого.35,36 Таким образом, состав IPN можно рассматривать как полезный метод для разработки продукта с превосходными физико-механическими свойствами, чем обычные полисмеси. IPN также известен как полимерные сплавы и считается одной из самых быстрорастущих областей исследований в области смесей полимеров за последние два десятилетия.34

Полимер касторового масла (COP) также показал способность к герметизации, как пломбировочный материал корневого конца. Пломбировочный материал корневого конца просто относится к препаратам корневого конца, заполненным экспериментальными материалами.Основная цель этого типа материала — обеспечить апикальное уплотнение, предотвращающее перемещение бактерий и диффузию бактериальных продуктов из системы корневых каналов в периапикальные ткани.37 В исследовании, проведенном de Martins et al, 38, герметизирующая способность COP, минеральный триоксидный заполнитель (MTA) и стеклоиономерный цемент (GIC) в качестве материалов для заполнения корня. МТА в основном состоит из трикальциевого силиката, трикальциевого аллюмината и оксида висмута и представляет собой особый эндодонтический цемент.39 GIC, с другой стороны, являются основными реставрационными материалами, которые являются биоактивными и имеют широкий спектр применений, таких как облицовка, бондинг, герметизация, фиксация или восстановление зуба.40 Результаты их исследования показывают, что COP имел большую герметичность способность при использовании в качестве корневого пломбировочного материала, чем MTA и GIC.

Биоразлагаемые полиэфиры — одно из наиболее распространенных применений касторового масла.41 Полиэфиры — первые синтетические конденсационные полимеры, полученные Каротерсом в 1930-х годах.42,43 Они известны как биоразлагаемые и экологически безопасные, с широким спектром применений в биомедицинской области, а также в получении эластомеров и упаковочных материалов. 44,45 Каркас жирных кислот является желательными биоразлагаемыми полимерами, хотя их применение ограничено. своим монофункциональным свойством. То есть большинство жирных кислот имеют одну группу карбоновой кислоты. Однако известно, что RA является одной из немногих естественных бифункциональных жирных кислот с дополнительной 12-гидроксильной группой наряду с концевой карбоновой кислотой ().Присутствие этой гидроксильной группы обеспечивает дополнительную функциональность для получения сложных полиэфиров или полиэфир-ангидридов. Свисающие цепи RA придают гидрофобность получаемым полиэфирам, тем самым влияя на механические и физические свойства полимеров. Эти цепи действуют как пластификаторы, снижая температуру стеклования сложных полиэфиров.41,46 Касторовое масло можно комбинировать с другими мономерами для получения множества сополимеров. Точная настройка этих сополимеров может обеспечить материалы с различными свойствами, которые находят применение в различных продуктах, от твердых имплантатов до гидрофобного геля для инъекций in situ.41

Мыла, воски и смазки

В некоторых исследованиях касторовое масло использовалось для производства мыла.47–49 В некоторых исследованиях касторовое масло также используется в восках.50–53 В одном исследовании, проведенном Двиведи и Сапре54, касторовое масло использовалось во всех овощах. масляные смазки. Полные смазки на растительном масле — это смазки, в которых и смазка, и гелеобразователь образованы из растительного масла. В их исследовании использовалась схема одновременных реакций для образования натриевых и литиевых смазок с использованием касторового масла.

Смазочные материалы, гидравлические и тормозные жидкости

Касторовое масло также использовалось для разработки базовых компонентов смазочных материалов с низкой температурой застывания путем синтеза сложных ацилокси-касторовых полиоловых эфиров.55 Свойство низкой температуры застывания помогает обеспечить полную смазку при запуске оборудования, и с ним легче обращаться в холодную погоду. 56 Интересное исследование Сингха показало превосходный потенциал смазки на основе касторового масла в качестве средства уменьшения загрязнения дыма. В его исследованиях биоразлагаемое масло для двухтактных двигателей (2T), популярная разновидность смазочного масла, используемого в двухтактных двигателях скутеров и мотоциклов, 57 было разработано на основе касторового масла, которое состояло из моноэфиров толила и рабочих присадок, но не смешивалось. растворитель.Их оценки эффективности показали, что он снижает дымность на 50–70% при соотношении масла и топлива 1%, что соответствует стандартной спецификации продукта.58 В дополнение к возможному использованию в качестве моторного масла автомобиля, модифицированная версия Смазка на основе касторового масла, состоящая из 100 частей касторового масла и 20–110 частей химически и термически стабильной жидкой смеси с низкой вязкостью, растворимой в касторовом масле, показала свой потенциал в качестве смазки для холодильных систем.59 Хотя касторовое масло использовалось в качестве DOT Тормозная жидкость с рейтингом 2 считается устаревшим типом тормозной жидкости, которую нельзя использовать ни в каких современных транспортных средствах.60,61

Удобрения

При производстве касторового масла образуются два основных побочных продукта: шелуха и шрот. На каждую тонну касторового масла получается 1,31 тонны шелухи и 1,1 тонны шрота. Исследование Lima et al62 показало, что смеси клещевины и шелухи клещевины, используемые в качестве удобрения, способствовали значительному росту растений до дозы 4,5% (по объему) муки. Однако дозы, превышающие 4,5%, вызывали снижение роста растений и даже гибель растений. Их исследование показало, что клещевина может быть использована в качестве хорошего органического удобрения из-за высокого содержания азота и фосфора, но смешивание с касторовой шелухой не обязательно.

Покрытия

Покрытия и краски также являются еще одним применением касторового масла. Касторовое масло можно эффективно обезвоживать с помощью неконъюгированных аддуктов масло-малеиновый ангидрид для получения полезных красок или мебельного масла () .63 Тревино и Трамбо64 изучали использование касторового масла в качестве покрытия путем преобразования гидроксильных функций касторового масла в β-кетоэфиры. с использованием t -бутилацетоацетата. Известно, что реакция является относительно быстрой и протекает с высоким выходом в мягких условиях.Результаты показали, что блеск пленок 60 ° и гибкость пленки были хорошими. В отдельном исследовании, проведенном Такуром и Караком, 65 усовершенствованных материалов для поверхностного покрытия были синтезированы из сверхразветвленных полиуретанов на основе касторового масла (HBPU), сильно разветвленной макромолекулы. HBP продемонстрировали отличные характеристики в качестве материалов для поверхностного покрытия с HBPU на основе моноглицеридов, демонстрируя более высокую прочность на разрыв, чем прямые покрытия на масляной основе. Оба HBPU имеют приемлемые диэлектрические свойства с термической стабильностью более 250 ° C для обоих полимеров.Покрытия Ceramer также являются еще одним нанесением касторового масла. де Лука и др .66 синтезировали керамические покрытия из касторового масла или эпоксидированного касторового масла и тетраэтоксисилана. Совсем недавно высокоэффективные гибридные покрытия были синтезированы Аллауддином и др. 67 с использованием методологии, которая включала введение гидролизуемых групп –Si-OCH ₃ в касторовое масло, которое использовалось для разработки гибридных покрытий PU / мочевина-диоксид кремния.

Схема реакции дегидратации рицинолевой кислоты.

Фармакологическое и лекарственное использование

Хотя касторовое масло хорошо известно как сильнодействующее слабительное, его лечебное применение относительно невелико (<1%). Помимо этого печально известного применения касторового масла, оно считается важным сырьем, используемым в химической промышленности, особенно при производстве широкого спектра материалов, многие из которых превосходят аналогичные продукты, полученные из нефти. Высокий процентный состав RA в непосредственной близости от двойной связи делает это масло пригодным для различных физических, химических и даже физиологических действий, как описано в вышеупомянутых параграфах.5

Благодаря активности RA в кишечнике, касторовое масло широко использовалось в различных биопробах, связанных с антидиарейной активностью на лабораторных животных. Касторовое масло часто вводят перорально, чтобы вызвать диарею у крыс.68–70 Этот анализ привел к быстрому и эффективному методу предварительного скрининга различных фитохимических веществ на предмет потенциальных лекарств-кандидатов из натуральных продуктов.

В современной медицине касторовое масло также используется в качестве средства доставки лекарств. Примером является Kolliphor EL или ранее известный как Cremophor EL, который является зарегистрированным продуктом BASF Corp.Продукт представляет собой полиэкстоксилированное касторовое масло, смесь (CAS № 61791-12-6), которую получают, когда 35 моль этиленоксида вступают в реакцию с одним моль касторового масла. Этот продукт часто используется в качестве наполнителя или добавки в лекарствах, а также используется для образования стабильных эмульсий неполярных материалов в различных водных системах. Он также часто используется в качестве средства доставки очень неполярных лекарств, таких как противораковые препараты паклитаксел и доцетаксел.71–73

Экстракция касторового масла

Касторовое масло содержит около 30-50% масла ( м / м ). ).74,75 Касторовое масло можно экстрагировать из клещевины механическим прессованием, экстракцией растворителем или сочетанием прессования и экстракции.74 После сбора урожая семенам дают высохнуть, чтобы оболочка семян раскололась, высвобождая семена внутри . Процесс экстракции начинается с снятия оболочки с семян. Это можно сделать механически с помощью лущилки клещевины или вручную руками. Когда это экономически целесообразно, предпочтительнее использовать машину для облегчения процесса шелушения.

После снятия оболочки с семян семена очищаются от любых посторонних материалов, таких как палки, стебли, листья, песок или грязь. 75 Эти материалы обычно можно удалить с помощью серии вращающихся сит или катушек. Магниты, используемые над конвейерными лентами, могут удалять железо. Затем семена можно нагреть, чтобы внутренняя часть семян затвердела для экстракции. В этом процессе семена нагреваются в прессе с паровой рубашкой для удаления влаги, и этот процесс отверждения способствует экстракции.Затем приготовленные семена сушат перед началом процесса экстракции. Винтовой или гидравлический пресс непрерывного действия используется для измельчения семян касторового масла, чтобы облегчить удаление масла (). Первая часть этой фазы экстракции называется предварительным прессованием. Для предварительного прессования обычно используется винтовой пресс, называемый маслоэкраном. Маслоэкспеллер представляет собой винтовой пресс непрерывного действия высокого давления для извлечения масла.

Промышленный винтовой пресс непрерывного действия.

Хотя этот процесс можно проводить при низкой температуре, механическое прессование приводит только к 45% извлечению масла из клещевины.16 Более высокие температуры могут повысить эффективность экстракции. Выход до 80% доступного масла может быть получен путем использования высокотемпературного гидравлического прессования в процессе экстракции.74 Температуру экстракции можно контролировать путем циркуляции холодной воды через прессовую машину, отвечающую за холодное прессование семян. Касторовое масло холодного отжима имеет более низкое содержание кислоты и йода и светлее по цвету, чем касторовое масло, полученное экстракцией растворителем.75

После экстракции масло собирают и фильтруют, а отфильтрованный материал снова объединяют с новыми свежими семенами для повторной экстракции .Таким образом, объемный фильтрованный материал продолжает собираться и проходит несколько циклов экстракции, комбинируясь с новым сыпучим материалом по мере того, как процесс повторяется. Этот материал, наконец, выталкивается из пресса и известен как касторовый пирог. Касторовый жмых из пресса содержит примерно до 10% касторового масла.75 После измельчения и извлечения масла из основной массы семян касторового масла дальнейшее извлечение масла из оставшегося материала касторового жмыха может быть выполнено путем измельчения касторового жмыха и с использованием методов экстракции растворителем.Экстрактор Сокслета или коммерческий растворитель используется для извлечения масла из касторового жмыха. Использование органических растворителей, таких как гексан, гептан или петролейный эфир, в качестве растворителя в процессе экстракции приводит к удалению большей части остаточного масла, все еще недоступного в оставшейся массе семян.

Фильтрация / очистка касторового масла

После экстракции масла с помощью пресса в полученном масле все еще остаются примеси. Чтобы помочь в удалении оставшихся примесей, обычно используются системы фильтрации.Системы фильтрации способны удалять частицы крупного и мелкого размера, любые растворенные газы, кислоты и даже воду из масла.75 Оборудование системы фильтрации, обычно используемое для этой задачи, — это фильтр-пресс. Неочищенное касторовое масло имеет бледно-желтый или соломенный цвет, но его можно сделать бесцветным или почти бесцветным после очистки и отбеливания. Сырая нефть также имеет отчетливый запах, но ее также можно дезодорировать в процессе очистки.

Переработка касторового масла

После фильтрации неочищенное или нерафинированное масло отправляется на нефтеперерабатывающий завод для переработки.В процессе рафинирования из масла удаляются такие примеси, как коллоидные вещества, фосфолипиды, избыточные свободные жирные кислоты (СЖК) и красители. Удаление этих примесей позволяет маслу не портиться при длительном хранении. Стадии процесса рафинирования включают рафинирование, нейтрализацию, отбеливание и дезодорацию16,74. Рафинирование масла происходит путем добавления к нему горячей воды, давая смеси отстояться, и, наконец, удаляется водный слой. Этот процесс можно повторить.После стадии рафинирования для нейтрализации добавляют сильное основание, такое как гидроксид натрия. Затем основание удаляют горячей водой, и разделение водного слоя и масла позволяет удалить водный слой. За нейтрализацией следует отбеливание для удаления цвета, оставшихся фосфолипидов и любых остатков продуктов окисления. Затем касторовое масло дезодорируют, чтобы удалить из него запах. Рафинированное касторовое масло обычно имеет длительный срок хранения около 12 месяцев, если оно не подвергается чрезмерному нагреванию.Шаги, связанные с переработкой сырого касторового масла, более подробно рассматриваются в следующем разделе.

Очистка сырого касторового масла

В то время как в предыдущем разделе кратко обсуждался общий обзор стадии очистки касторового масла, в этом разделе подробно объясняется каждый из процессов, участвующих в ней. Нерафинированное касторовое масло приводит к быстрой деградации из-за присутствия примесей, как указано в разделе «Очистка касторового масла», что делает его менее подходящим для большинства применений.1 Следовательно, процесс очистки должен проводиться до получения производного масла.Порядок этапов, выполняемых в процессе рафинирования, который включает рафинирование, нейтрализацию, отбеливание, дезодорацию и иногда подготовку к зиме, должен приниматься во внимание для эффективной рафинации масла () и подробно и конкретно описан в условиях производства касторового масла в разделе « Дегумминг »,« Нейтрализация »,« Отбеливание »,« Дезодорация »и« Утепление ».

Блок-схема обработки роликов.

Удаление слизи

Первый этап процесса очистки касторового масла, называемый удалением слизи, используется для снижения содержания фосфатидов и металлов в сырой нефти.Фосфатиды, присутствующие в неочищенном касторовом масле, можно найти в форме лецитина, цефалина и фосфатидных кислот.76 Эти фосфатиды можно разделить на два разных типа: гидратируемые и негидратируемые, 77 и, соответственно, подходящие процедуры рафинирования (водное рафинирование, кислотное рафинирование и энзиматическое рафинирование) для эффективного удаления этих фосфатидов. Как правило, сырое растительное масло содержит около 10% негидратируемых фосфатидов.77 Однако количество может значительно варьироваться в зависимости от различных факторов, таких как тип семян, качество семян и условия, применяемые во время операции измельчения.В то время как гидратируемые фосфатиды могут быть удалены в основном водным рафинированием, негидратируемые фосфатиды могут быть удалены только с помощью кислотных или ферментативных процедур рафинирования. возможно на начальных этапах переработки нефти. В этом процессе сырая нефть нагревается примерно до 60–70 ° C. Затем к сырой нефти добавляют воду, и полученную смесь хорошо перемешивают и оставляют на 30 минут, в течение которых фосфатиды, присутствующие в сырой нефти, становятся гидратированными и, таким образом, становятся нерастворимыми в масле.78 Гидратированные фосфатиды можно удалить декантацией или центрифугированием. Водное рафинирование позволяет удалить даже небольшие количества негидратируемых фосфатидов вместе с гидратируемыми фосфатидами. Экстрагированные камеди можно перерабатывать в лецитин для пищевых, кормовых или технических целей.

Кислотное рафинирование

В целом, процесс кислотного рафинирования можно рассматривать как лучшую альтернативу процессу водного рафинирования, если сырая нефть содержит значительное количество негидратируемых фосфатидов.79 В процессе кислотного рафинирования неочищенное касторовое масло обрабатывают кислотой (фосфорной кислотой, яблочной кислотой или лимонной кислотой) в присутствии воды. 77,80 Кислотное рафинирование обычно проводится при повышенной температуре, обычно около 90 ° С. С. Затем выпавшие в осадок камеди отделяют центрифугированием с последующей сушкой в ​​вакууме рафинированного масла.79

Ферментативное рафинирование

Превращение негидратируемых фосфатидов в гидратируемые фосфатиды также может быть достигнуто с использованием ферментов.81 Здесь раствор фермента, который представляет собой смесь водного раствора лимонной кислоты, каустической соды и ферментов, диспергируется в отфильтрованном масле при умеренных температурах, обычно от 45 ° C до 65 ° C. Высокоскоростной вращающийся смеситель используется для эффективного смешивания масла и фермента. Затем масло отделяется от гидратированной камеди путем механического отделения и подвергается вакуумной сушке.82 Существует множество так называемых «микробных ферментов». Первыми из них были фосфолипазы A1 (Lecitase® Novo и Ultra) и, совсем недавно, фосфолипаза C (Purifine®).Липид-ацилтрансфераза (LysoMax®) с активностью PLA2 также стала доступной в коммерческих количествах. Эти ферменты имеют определенные функции и особенности. Например, ферменты Lecitases® и LysoMax® способны катализировать гидролиз всех обычных фосфатидов. Фермент Purifine®, с другой стороны, специфичен для фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина.81

Нейтрализация

Семена клещевины хорошего качества, хранящиеся в контролируемых условиях, производят только низкое содержание FFA, приблизительно равное 0.3% .82 Иногда масличные семена, которые старые или хранятся более 12 месяцев с высоким содержанием влаги, производят высокое содержание FFA на уровне около 5 %.83 Этот избыток FFA, присутствующий в касторовом масле, не обеспечивает тех же функций, что и масло. нейтральное масло и может изменять свою реакционную способность с различными веществами. Следовательно, очень важно удалить высокое содержание FFA, чтобы получить высококачественное касторовое масло. Этот процесс удаления FFA из очищенного от слизи масла называется нейтрализацией.82

В целом процесс рафинирования можно разделить на два метода: химический и физический рафинирование. Физическое рафинирование обычно осуществляется путем поддержания высокой температуры выше 200 ° C при низком давлении вакуума. В этих условиях обработки FFA с низкой точкой кипения перегоняется в вакууме из триглицеридов с высокой точкой кипения. Однако физическая очистка не рекомендуется в случае касторового масла из-за его чувствительности к теплу, поскольку оно обычно начинает распадаться при температуре выше 150 ° C, что может привести к гидролизу гидроксильных групп.С другой стороны, химическая очистка основана на принципе растворимости триглицеридов и мыла жирных кислот.82 СЖК (кислоты) реагируют со щелочью (сильное основание) с образованием мыла жирных кислот (). Образовавшееся мыло обычно нерастворимо в масле и, следовательно, его можно легко отделить от масла на основании разницы в удельном весе между мылом и триглицеридами. Удельный вес мыла выше, чем у триглицеридов, и поэтому оно имеет тенденцию оседать на дне реактора.На большинстве современных нефтеперерабатывающих заводов для разделения мыльной и масляной смеси используются высокоскоростные центрифуги.

Образование мыла с рицинолевой кислотой.

Щелочная нейтрализация или химическая очистка снижает содержание следующих компонентов: свободных жирных кислот, продуктов окисления свободных жирных кислот, остаточных белков, фосфатидов, углеводов, следов металлов и части пигментов. Касторовое масло, очищенное от слизи, сначала обрабатывают раствором щелочи (2% каустической соды) при температуре от 85 ° C до 95 ° C при постоянном перемешивании в течение примерно 45–60 минут.84 На этом этапе щелочь реагирует с FFA и превращает их в мыльный раствор. Полученное мыло имеет более высокий удельный вес, чем нейтральное масло, и имеет тенденцию оседать на дне. Масло можно отделить от мыла гравитационным разделением или с помощью коммерческих центрифуг. Мелкие нефтеперерабатывающие заводы используют маршрут гравитационного разделения, тогда как заводы большой мощности используют коммерческие центрифуги с вертикальным штабелем. Затем отделенное масло промывают горячей водой для удаления мыла, раствора щелочи и других примесей.85 Как правило, периодическая нейтрализация касторового масла требует от четырех до шести промывок горячей водой, чтобы снизить уровень мыла до уровня ниже 100 частей на миллион. 84 Полученное таким образом масло сушат в вакууме и передают на следующий процесс — отбеливание.

Нейтрализация касторового масла — это этап очистки с высокими потерями. Эта потеря, предположительно, связана с небольшой разницей в удельном весе образующегося мыла и нейтрального вязкого касторового масла.83

Отбеливание

Касторовое масло используется во многих областях, где внешний вид конечного продукта чрезвычайно важен.Например, косметические составы, смазочные добавки и производство биоматериалов требуют, чтобы цвет конечного продукта находился в определенных пределах. Хотя касторовое масло, полученное после процессов рафинирования и нейтрализации, по внешнему виду дает прозрачную жидкость, оно все же может содержать окрашенные тела, натуральные пигменты и антиоксиданты (токоферолы и токотриенолы), которые были экстрагированы вместе с неочищенным маслом из касторовых бобов. пигменты чрезвычайно малы, от 10 до 50 нм, и их невозможно удалить из масла с помощью какой-либо единичной операции.82 Однако процесс адсорбции, называемый «отбеливанием», может использоваться для удаления таких цветных пигментов и оставшихся фосфолипидов с использованием активированных земель в условиях умеренного вакуума от 50 до 100 мм рт. Уменьшение цвета масла можно измерить с помощью аналитического прибора, называемого тинтометром.

Активированные земли — это глинистые руды, содержащие минералы, а именно бентонит и монтмориллонит. Эти типы глины обычно встречаются на всех континентах, образовавшихся в результате уникальных географических перемещений миллионы лет назад.87 Эффективность отбеливающей земли, также называемая отбеливающей способностью, зависит от способности адсорбировать цветные пигменты и другие загрязнения на ее поверхности. Обычно необработанная глина имеет более низкую отбеливаемость, чем активированная кислотой или обработанная глина. Необработанные глины при активации концентрированной кислотой с последующей промывкой и сушкой приобретают большую адсорбционную способность для адсорбции цветных пигментов из масла.88

Отбеливание касторового масла можно проводить в вакууме при температуре около 100 ° C при постоянном перемешивании масла подходящей количество активированных земель и угля.78 Процесс отбеливания требует около 2% отбеливающей земли и углерода для получения желаемого масла светлого цвета. В этих условиях обработки окрашенные тела, мыло и фосфатиды адсорбируются на активированной земле и угле. Активированная земля и уголь удаляются с помощью стандартного фильтра. Полученный таким образом отработанный углерод земли сохраняет содержание нефти около 20-25%. Отбеливающее касторовое масло с повышенным содержанием фосфатидов и мыла часто приводит к сильному удерживанию масла из-за большого количества используемой активированной земли и, таким образом, вызывает проблемы с фильтрацией.Хотя эта оставшаяся нефть на отработанной земле может быть извлечена путем кипячения отработанной земли в воде или методом экстракции растворителем, восстановленная нефть из отработанной земли сильно окрашена с высоким содержанием FFA и высоким содержанием пероксида, обычно более 10 мг КОН / г и 20 мэкв / кг соответственно.88

Дезодорация

Дезодорация — это просто процесс вакуумной перегонки с водяным паром, который удаляет относительно летучие компоненты, которые вызывают нежелательные привкусы, цвета и запахи в жирах и маслах.В отличие от других растительных масел, касторовое масло требует ограниченного дезодорации или не требует ее вообще, так как это непищевое масло, в котором легкий резкий запах не является проблемой для большинства его применений, за исключением фармацевтического касторового масла.89,90 Дезодорация обычно проводится. в высоком вакууме и при высокой температуре выше 250 ° C для удаления нежелательных запахов, вызываемых кетонами, альдегидами, стеролами, тритерпеновыми спиртами и короткоцепочечными жирными кислотами.85 Касторовое масло фармацевтического качества дезодорируется при низких температурах, приблизительно от 150 ° C до 170 ° C в высоком вакууме в течение 8–10 часов, чтобы избежать гидролиза гидроксигруппы RA.86

Подготовка к зиме

Большинство растительных масел содержат высокие концентрации восков, жирных кислот и липидов. Следовательно, он подвергается процессу подготовки к зиме перед окончательным использованием. Подготовка масла к зиме — это процесс, при котором воски кристаллизуются и удаляются с помощью процесса фильтрации, чтобы избежать помутнения жидкой фракции при более низких температурах. Кизельгур является обычно используемым вспомогательным фильтрующим агентом, и полученный в конце фильтрационный осадок может быть переработан в кормовой ингредиент.В некоторых случаях аналогичный процесс, называемый «депарафинизация», также может использоваться в качестве средства для осветления масла, когда количество мутности сохраняется.91,92

Выводы и направления на будущее

Касторовое масло является многообещающим товаром, который имеет множество разнообразных свойств. применения в ближайшие годы, особенно в качестве возобновляемого источника энергии.

Важное значение для производства и сбыта касторового масла имеет научное исследование параметров обработки, необходимых для повышения выхода масла. В последние годы были выполнены и реализованы алгоритмы прогнозирующего моделирования с машинным обучением и расчеты для прогнозирования и оптимизации любых технологических параметров при производстве касторового масла.Использование искусственной нейронной сети (ИНС) в сочетании с генетическим алгоритмом (GA) и экспериментами с центральным композитным дизайном (CCD) позволило разработать статистическую модель для оптимизации множества переменных, предсказывающих наилучшие условия работы с минимальным количеством экспериментов и высоким содержанием касторового масла. 93 В отдельном исследовании, проведенном Мбахом и др. 17, для определения условий использовался многоуровневый факторный план с использованием программного обеспечения Minitab, что привело к оптимальному выходу экстракции касторового масла методом экстракции растворителем.Это исследование показало, что оптимальные условия, включающие время выщелачивания 2 часа, температуру выщелачивания 50 ° C и соотношение растворенных веществ: растворителей 2 г: 40 мл, обеспечивают оптимальный выход экстракции касторового масла. Такой математический экспериментальный план и методология могут оказаться полезными при анализе эффектов и взаимодействий многих экспериментальных факторов, участвующих в производстве касторового масла.

С появлением биотехнологических инноваций генная инженерия может улучшить как качество, так и количество касторового масла.Генную инженерию можно разделить на две части: один подход заключается в увеличении содержания определенных жирных кислот, а второй подход — в разработке биосинтетических путей промышленных масел с высокой ценностью.94 Для последнего могут быть добыты кластеры биосинтетических генов, ответственные за производство жирных кислот. для этой цели. В одном конкретном исследовании Лу и др. 95 Arabidopsis thaliana , экспрессирующая гидроксилазу 12 жирных кислот клещевины (FAh22), была использована для поиска генов, которые могут улучшать накопление гидрокси жирных кислот среди развитых трансгенных семян.Вышеупомянутое исследование позволило идентифицировать определенные белки, которые могут улучшить содержание гидроксижирных кислот в семенах клещевины. Эти белки включают олеозины (небольшой белок, участвующий в образовании липидных тел) и фосфатидилэтаноламин (белок, участвующий в модификации жирных кислот и передающийся в триацилглицерин) .96 Понимая генетику, лежащую в основе производства масла, можно достичь лучшего выхода.

С наступлением эры –омики геномика, транскриптомика и протеомика могут стать ключевыми игроками в понимании генетики улучшения качества и количества добычи нефти.Достижения в области геномики позволили разработать последовательность генома клещевины, которая привела к пониманию его генетического разнообразия.97,98 Будущее направление будет включать тандемную геномику и транскриптомику, которая может помочь выявить различия в уровнях экспрессии генов по пространственно-временному параметру, влияющему на качество и количество масла. Кроме того, протеомика может быть использована для понимания белков и ферментов, которые экспрессируются клещевиной. 99 Поскольку это немодельный организм, методы идентификации белков на основе гомологии могут быть использованы для понимания клеточной и биологической природы производства масла, что приведет к улучшенное качество и количество масла.

В качестве источника биодизеля недавние исследования показали, что синтез биодизельного топлива из касторового масла ограничен рядом факторов, включая наличие надлежащей температуры реакции, молярного отношения масла к метанолу и количества катализатора. Исследование с использованием методологии поверхности отклика в качестве модели было использовано для оптимизации фактора реакции синтеза биодизельного топлива из касторового масла.100 В другом аналогичном исследовании изучались параметры, влияющие на реакцию переэтерификации касторового масла.Используя метод Тагучи, состоящий из четырех параметров (температура реакции, интенсивность перемешивания, соотношение спирт / масло и концентрация катализатора), были определены лучшие экспериментальные условия. Было определено, что температуру реакции и интенсивность перемешивания можно оптимизировать. Используя оптимальные результаты, авторы предложили кинетическую модель, которая привела к установлению уравнения для начальной скорости реакции переэтерификации.101 Помимо метода Тагучи, полный факторный план эксперимента также является еще одним подходом, который был исследован для оптимизации производства биодизеля из клещевины. масло.Была получена полиномиальная модель второго порядка для прогнозирования выхода биодизельного топлива как функции этих переменных. Экспериментальные результаты этого процесса показали, что средний выход биодизеля превышает 90% .102 Использование моделей и моделирования действительно может значительно повысить эффективность производства биодизеля из касторового масла. Кроме того, была предложена простая модель, использующая би-би-механизм пинг-понга, которая обобщает эффективный метод некаталитической переэтерификации касторового масла в сверхкритическом метаноле и этаноле.103 Это модель ферментативной реакции, в которой участвуют два субстрата и два продукта (так называемая би-би-система). Фермент сначала вступает в реакцию с одним субстратом с образованием продукта и модифицированного фермента. Затем модифицированный фермент будет реагировать со вторым субстратом с образованием конечного продукта и регенерировать исходный фермент. В этой модели фермент воспринимается как мяч для пинг-понга, который перескакивает из одного состояния в другое.

Производство биодизеля из касторового масла — действительно перспективное предприятие.Достижения в области моделей и моделирования облегчили оптимизацию ключевых параметров обработки, необходимых для получения хорошего выхода такого биодизельного топлива.

В этом обзоре мы представляем как обширный, так и интенсивный анализ касторового масла, от его промышленного до фармакологического использования. Кроме того, в этом обзоре обсуждалась традиционная и современная переработка касторового масла, а также будущие направления, по мере того как мы вступаем в эру -омики и компьютерного анализа.

Благодарности

Мы хотели бы поблагодарить Jayant Oils and Derivatives и SDI Farms, Inc за то, что они позволили нам использовать их возможности, которые привели к концептуализации этой рукописи.

Аббревиатуры

Сноски

АКАДЕМИЧЕСКИЙ РЕДАКТОР: Тим Левин, главный редактор

РЕЦЕНЗИЯ: Три рецензента внесли свой вклад в отчет о коллегиальной проверке.В отчетах рецензентов было 727 слов без учета конфиденциальных комментариев академического редактора.

ФИНАНСИРОВАНИЕ: Авторы не раскрывают никаких внешних источников финансирования.

КОНКУРЕНТНЫЕ ИНТЕРЕСЫ: VRP использовалась компаниями Jayant Oils and Derivatives Ltd. и SDI Inc., коммерческими производителями касторового масла, во время подготовки данной рукописи. Другие авторы не сообщают о потенциальных конфликтах интересов.

Работа, прошедшая одностороннее слепое рецензирование независимым экспертом.Все редакционные решения принимаются независимым академическим редактором. При подаче рукопись была подвергнута антиплагиатной проверке. Перед публикацией все авторы подписали подтверждение согласия на публикацию статьи и соблюдение всех применимых этических и юридических требований, включая точность информации об авторе и соавторах, раскрытие конкурирующих интересов и источников финансирования, соблюдение этических требований, касающихся человека и животных. участников исследования, а также соблюдение требований об авторских правах третьих лиц.Этот журнал является членом Комитета по этике публикаций (COPE).

Вклад авторов

Задумал и разработал исследование: VRP, GGD и LCKV. Проанализированы данные: VRP, GGD и LCKV. Написал первый черновик рукописи: ВРП. В написании рукописи участвовали: VRP, GGD, LCKV, RM и BJJS. Согласен с результатами и выводами рукописи: VRP, GGD, LCKV, RM и BJJS. Совместно разработали структуру и аргументы для статьи: VRP, GGD, LCKV, RM и BJJS.Внесены критические исправления и утверждена финальная версия: VRP, GGD, LCKV, RM и BJJS. Все авторы просмотрели и одобрили окончательный вариант рукописи.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

6. OIL WORLD ISTA Mielke GmbH: Служба прогнозирования и информации для масличных культур, масел и шротов.

77. Кэмпбелл SJ, Nakayama N, Unger EH. United Oilseed Products Ltd; 1 157 883. Химическое рафинирование сырых растительных масел. Канадский патент 1983 г.

Свойства, использование и оптимизация параметров обработки в коммерческом производстве

Lipid Insights. 2016; 9: 1–12.

Винай Р. Патель

¹ Кафедра масел, жиров и восков, Университет Сардара Пателя, Гуджарат, Индия.

² SDI Farms, Inc., Майами, Флорида, США.

³ Jayant Oils and Derivatives Ltd., Вадодара, Индия.

Джерард Дж. Думанкас

⁴ Департамент математики и физических наук, Государственный университет Луизианы, Александрия, Лос-Анджелес, США.

⁵ Химический факультет Оклахомского баптистского университета, Шони, штат Оклахома, США.

⁶ Process Analytical Technology, GlaxoSmithKline, King of Prussia, PA, USA.

Лакшми К. Каси Вишванат

⁵ Химический факультет, Баптистский университет Оклахомы, Шони, Оклахома, США.

Randall Maples

⁷ Химический факультет Восточно-Центрального университета, Ада, штат Оклахома, США.

Брайан Джон Дж. Субонг

⁸ Институт морских наук, Колледж наук, Университет Филиппин — Дилиман, Кесон-Сити, Филиппины.

¹ Кафедра масел, жиров и восков, Университет Сардара Пателя, Гуджарат, Индия.

² SDI Farms, Inc., Майами, Флорида, США.

³ Jayant Oils and Derivatives Ltd., Вадодара, Индия.

⁴ Департамент математики и физических наук, Государственный университет Луизианы — Александрия, Луизиана, США.

⁵ Химический факультет Оклахомского баптистского университета, Шони, штат Оклахома, США.

⁶ Process Analytical Technology, GlaxoSmithKline, King of Prussia, PA, USA.

⁷ Химический факультет Восточно-Центрального университета, Ада, штат Оклахома, США.

⁸ Институт морских наук, Колледж наук, Университет Филиппин — Дилиман, Кесон-Сити, Филиппины.

Поступила 01.06.2016; Пересмотрено 7 августа 2016 г .; Принято 9 августа 2016 г.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons CC-BY-NC 3.0.

Abstract

Касторовое масло, производимое из клещевины, долгое время считалось имеющим важное коммерческое значение, в первую очередь, для производства мыла, смазок и покрытий, среди прочего. Мировое производство касторового масла сосредоточено в основном в небольшом географическом регионе Гуджарат в Западной Индии. Этот регион благоприятен своим трудоемким методом выращивания и условиями субтропического климата. Предприниматели и переработчики клещевины в Соединенных Штатах и ​​Южной Америке также выращивают клещевину, но сталкиваются с проблемой достижения высокой эффективности производства касторового масла, а также получения масла желаемого качества.В этой рукописи мы предоставляем подробный анализ новых методов обработки, используемых при производстве касторового масла. Мы обсуждаем новые методы обработки, объясняя конкретные технологические параметры, связанные с производством касторового масла.

Ключевые слова: касторовое масло, касторовые бобы, рицинолевая кислота, непищевое масло, переработка сырого касторового масла

Введение

Касторовое масло уже давно коммерчески используется в качестве возобновляемого ресурса в химической промышленности.1,2 Это очень полезный продукт. масло растительное, полученное прессованием семян клещевины ( Ricinus communis L.), который в основном выращивается в Африке, Южной Америке и Индии.3,4 Основные страны-производители касторового масла включают Бразилию, Китай и Индию. Известно, что это масло было приручено в Восточной Африке и завезено в Китай из Индии примерно 1400 лет назад.4 Индия является нетто-экспортером касторового масла, на долю которого приходится более 90% экспорта касторового масла, в то время как Соединенные Штаты, Европейский Союз , и Китай являются основными импортерами, на долю которых приходится 84% импортированного касторового масла.5,6

Индия известна как мировой лидер в производстве касторового масла и масла и является лидером в международной торговле касторовым маслом.Производство касторового масла в этой стране обычно колеблется от 250 000 до 350 000 тонн в год. Примерно 86% производства семян клещевины в Индии сосредоточено в Гуджарате, за которым следуют Андхра-Прадеш и Раджастхан. В частности, регионы Мехсана, Банасканта и Саураштра / Катч в Гуджарате и районы Налгонда и Махбубнагар в Андхра-Прадеш являются основными районами производства касторового масла в Индии.7 Экономический успех клещевины в Гуджарате в 1980-х годах и в последующие годы можно отнести к сочетанию хорошей программы разведения, хорошей модели расширения в сочетании с доступом к хорошо развитым национальным и международным рынкам.8

Касторка — одна из старейших возделываемых культур; однако на его долю приходится всего 0,15% растительного масла, производимого в мире. Масло, произведенное из этой культуры, считается важным для мировой специальной химической промышленности, поскольку оно является единственным коммерческим источником гидроксилированной жирной кислоты.9 Несмотря на то, что на касторовое масло приходится всего 0,15% мирового производства растительных масел, во всем мире потребление этого товара увеличилось более чем на 50% за последние 25 лет, увеличившись с примерно 400 000 тонн в 1985 году до 610 000 тонн в 2010 году.9,10 В среднем мировое потребление касторового масла увеличивалось на 7,32 тысячи тонн в год. В целом, текущие темпы производства касторового масла не считаются достаточными для удовлетворения ожидаемого увеличения спроса.

Существуют различные проблемы, которые затрудняют выращивание клещевины. Приспосабливаемость к климату — одна из проблем, ограничивающих выращивание клещевины в США. Растение также содержит токсичный белок, известный как рицин, что затрудняет его производство в США.S. Это также требует трудоемкого процесса сбора урожая, что делает практически невозможным для США и других развитых стран выращивание клещевины.

Клещевина оптимально растет в районах с тропическим летним дождем. Он хорошо растет от влажных тропиков до субтропических засушливых регионов с оптимальной температурой 20–25 ° C. Высокое содержание масла в семенах может быть связано с теплыми климатическими условиями, но температура выше 38 ° C может привести к плохой завязке семян. Кроме того, известно, что температура, достаточно низкая, чтобы вызвать образование инея, убивает растение.11

По состоянию на 2008 год три страны (Индия, Китай и Бразилия) произвели 93% мировых поставок касторового масла. Поскольку производство сконцентрировано в основном в этих трех странах, общий объем производства клещевины сильно варьируется от года к году из-за колебаний количества осадков и размеров площадей, используемых для посадки. Как следствие, такая концентрация привела к циклическому производству клещевок. Таким образом, мы надеемся, что диверсификация регионов производства клещевины и производства при орошении снизит влияние климата на поставки клещевины.9

В Соединенных Штатах опасные химические продукты, обнаруженные в клещевине, особенно рицин, вызвали серьезную озабоченность. 9,12–15 Объем научной литературы, связанной с клещевинами, особенно по детальным параметрам обработки, задействованным в коммерческом производстве. Производство клещевины было относительно невелико в течение последнего столетия.9. За прошедшие годы проявился значительный интерес и были проведены исследования использования и свойств клещевины, но не в промышленных масштабах. Исследования касторового масла показали рост числа рукописей, увеличившийся в шесть раз с 1980-х годов ().Хотя альтернативные программы разведения и маркетинг могут привести к экономическому росту производства касторового масла, на коммерческом уровне различные проекты терпят неудачу из-за отсутствия знаний о новых методах обработки и параметрах, используемых при производстве касторового масла. В этой рукописи подробно обсуждаются эти параметры обработки. Хотя метод обработки клещевины обычно можно рассматривать как простой процесс, он также может быть сложным, если операторы не знают точных параметров обработки и рабочих процедур.В частности, параметры процесса производства касторового масла должны быть оптимизированы для достижения высокой эффективности экстракции масла с помощью метода экстракции растворителем16,17. В настоящее время не существует научной литературы, в которой подробно обсуждаются параметры промышленной обработки касторового масла. В этой статье подробно обсуждаются параметры обработки касторового масла и важные ключевые моменты, необходимые для производства касторового масла желаемого качества, и то, и другое важно для производителей касторового масла.

Исследования касторового масла показали растущий рост с 1980-х годов.Этот рисунок был создан путем поиска слов «касторовое масло» в PubMed.

Касторовое масло и его свойства

Касторовые бобы выращивают ради семян (), в результате чего получают вязкое, бледно-желтое нелетучее и невысыхающее касторовое масло.18 Были изучены физические свойства касторового масла (). Сравнительный анализ показал, что значения вязкости, плотности, теплопроводности и температуры застывания касторового масла были выше, чем у стандартной смазки (моторное масло SAE 40).19

Таблица 1

Физические свойства касторового масла.

Уникальная структура касторового масла предлагает интересные свойства, что делает его подходящим для различных промышленных применений. Известно, что касторовое масло содержит до 90% рицинолевой, 4% линолевой, 3% олеиновой, 1% стеариновой и менее 1% линоленовой жирных кислот. Касторовое масло ценно из-за высокого содержания рицинолевой кислоты (RA), которая используется в различных областях химической промышленности ().20

Химическая структура рицинолевой кислоты, основного компонента касторового масла.

Гидроксильная функциональность RA делает касторовое масло природным полиолом, обеспечивающим окислительную стабильность маслу и относительно высокий срок хранения по сравнению с другими маслами за счет предотвращения образования пероксида. Присутствие гидроксильной группы в производных RA и RA обеспечивает расположение функциональной группы для выполнения множества химических реакций, включая галогенирование, дегидратацию, алкоксилирование, этерификацию и сульфатирование.В результате эта уникальная функциональность позволяет использовать касторовое масло в промышленных приложениях, таких как краски, покрытия, чернила и смазочные материалы.20

Касторовые бобы, источник касторового масла, также содержат некоторые аллергенные (2S альбумин) белки. как рицин; однако обработанное или рафинированное касторовое масло не содержит каких-либо из этих веществ и может безопасно использоваться в фармацевтических целях. Это можно объяснить широким спектром его биологического воздействия на высшие организмы.13,21 Рицин обнаружен исключительно в эндосперме семян клещевины и классифицируется как белок, инактивирующий рибосомы 2-го типа.22,23 Белки, инактивирующие рибосомы типа 2, такие как рицин из касторового масла, представляют собой лектины, которые необратимо инактивируют рибосомы, тем самым останавливая синтез белка и в конечном итоге приводя к гибели клеток. Это делает рицин сильнодействующим токсином для растений.24

Применение касторового масла и его производных

Топливо и биодизельное топливо

Кастора считается одной из самых многообещающих непищевых масличных культур благодаря высокой годовой урожайности и урожайности семян, а также так как его можно выращивать на маргинальных землях и в полузасушливом климате.Было проведено несколько исследований относительно свойств касторового топлива в чистом виде или в смеси с дизельным топливом, в первую очередь из-за чрезвычайно высокого содержания RA. В исследовании Бермана и др. 25 было обнаружено, что метиловые эфиры касторового масла можно использовать в качестве альтернативного биодизельного сырья при смешивании с дизельным топливом. Однако максимальный уровень смешивания ограничен 10% из-за высокого уровня RA, присутствующего в масле, который напрямую влияет на кинематическую вязкость биодизеля и температуру перегонки.В другом исследовании Shojaeefard et al26 изучалось влияние смесей биодизельного топлива с касторовым маслом на характеристики дизельного двигателя и выбросы. Они обнаружили, что 15% смесь касторового масла и биодизеля была оптимизированной смесью биодизеля и дизельного топлива. Результаты показали, что более низкие смеси биодизеля обеспечивают приемлемые характеристики двигателя и даже улучшают их. Подобно исследованию Shojaeefard et al. 26 Panwar et al27 получили метиловый эфир касторового масла путем переэтерификации с использованием гидроксида калия (KOH) в качестве катализатора.Затем они протестировали этот метиловый эфир, используя его в четырехтактном одноцилиндровом дизельном двигателе с переменной степенью сжатия. Был сделан вывод, что более низкие смеси биодизеля увеличивают термический КПД разрыва и снижают расход топлива. Кроме того, температура выхлопных газов увеличивалась с увеличением концентрации биодизельного топлива. Результаты их исследования доказали, что использование биодизеля из касторового масла в двигателе с воспламенением от сжатия является жизнеспособной альтернативой дизелю. Реакции переэтерификации касторового масла с этанолом и метанолом в качестве агентов переэтерификации также были изучены в присутствии нескольких классических каталитических систем.Результаты их исследования показывают, что биодизельное топливо может быть получено путем переэтерификации касторового масла с использованием этанола или метанола в качестве агентов переэтерификации.28 Хотя эти исследования показали многообещающие результаты использования касторового масла в качестве технически осуществимого биодизельного топлива, серьезным препятствием все еще остается существует в его использовании в качестве биодизеля в некоторых странах, таких как Бразилия. В Бразилии государственная политика продвигала клещевину как сырье для биодизеля, пытаясь принести социальные выгоды мелким фермерам в полузасушливом регионе страны.29,30 Однако через семь лет после запуска бразильской программы по производству биодизеля для производства биодизеля было использовано ничтожное количество касторового масла. Было обнаружено, что касторовое масло, произведенное в рамках этой программы, не использовалось в первую очередь для производства биодизеля, а продавалось по более высоким ценам в химической промышленности.30 Еще одним серьезным ограничением в использовании касторового масла в качестве сырья для биодизеля была высокая цена, уплаченная за масло как промышленное масло, а не его физические и химические свойства. Касторовое масло пользуется большим спросом в химической промышленности для производства продуктов с очень высокой стоимостью.По этой причине использование этого масла в качестве замены дизельного топлива неэкономично.9 Наконец, хотя касторовое масло можно использовать непосредственно для замены обычного дизельного топлива, высокая вязкость этого масла ограничивает его применение.31

Полимерные материалы

Касторовое масло и его производные можно использовать в синтезе возобновляемых мономеров и полимеров.2 В одном исследовании касторовое масло было полимеризовано и сшито с серой или диизоцианатами с образованием вулканизированных и уретановых производных соответственно.32 В другом исследовании полностью взаимопроникающие полимерные сетки (IPN) были приготовлены из эпоксидной смолы и полиуретана (PU) на основе касторового масла с помощью последовательного режима синтеза.33 Подобно вышеупомянутому исследованию, серия двухкомпонентных IPN модифицированных ПУ на основе касторового масла и полистирол (ПС) были получены последовательным методом. 34 IPN может быть разработан как особый класс полимеров, в котором существует комбинация двух полимеров, в которых один синтезируется или полимеризуется в присутствии другого.35,36 Таким образом, состав IPN можно рассматривать как полезный метод для разработки продукта с превосходными физико-механическими свойствами, чем обычные полисмеси. IPN также известен как полимерные сплавы и считается одной из самых быстрорастущих областей исследований в области смесей полимеров за последние два десятилетия.34

Полимер касторового масла (COP) также показал способность к герметизации, как пломбировочный материал корневого конца. Пломбировочный материал корневого конца просто относится к препаратам корневого конца, заполненным экспериментальными материалами.Основная цель этого типа материала — обеспечить апикальное уплотнение, предотвращающее перемещение бактерий и диффузию бактериальных продуктов из системы корневых каналов в периапикальные ткани.37 В исследовании, проведенном de Martins et al, 38, герметизирующая способность COP, минеральный триоксидный заполнитель (MTA) и стеклоиономерный цемент (GIC) в качестве материалов для заполнения корня. МТА в основном состоит из трикальциевого силиката, трикальциевого аллюмината и оксида висмута и представляет собой особый эндодонтический цемент.39 GIC, с другой стороны, являются основными реставрационными материалами, которые являются биоактивными и имеют широкий спектр применений, таких как облицовка, бондинг, герметизация, фиксация или восстановление зуба.40 Результаты их исследования показывают, что COP имел большую герметичность способность при использовании в качестве корневого пломбировочного материала, чем MTA и GIC.

Биоразлагаемые полиэфиры — одно из наиболее распространенных применений касторового масла.41 Полиэфиры — первые синтетические конденсационные полимеры, полученные Каротерсом в 1930-х годах.42,43 Они известны как биоразлагаемые и экологически безопасные, с широким спектром применений в биомедицинской области, а также в получении эластомеров и упаковочных материалов. 44,45 Каркас жирных кислот является желательными биоразлагаемыми полимерами, хотя их применение ограничено. своим монофункциональным свойством. То есть большинство жирных кислот имеют одну группу карбоновой кислоты. Однако известно, что RA является одной из немногих естественных бифункциональных жирных кислот с дополнительной 12-гидроксильной группой наряду с концевой карбоновой кислотой ().Присутствие этой гидроксильной группы обеспечивает дополнительную функциональность для получения сложных полиэфиров или полиэфир-ангидридов. Свисающие цепи RA придают гидрофобность получаемым полиэфирам, тем самым влияя на механические и физические свойства полимеров. Эти цепи действуют как пластификаторы, снижая температуру стеклования сложных полиэфиров.41,46 Касторовое масло можно комбинировать с другими мономерами для получения множества сополимеров. Точная настройка этих сополимеров может обеспечить материалы с различными свойствами, которые находят применение в различных продуктах, от твердых имплантатов до гидрофобного геля для инъекций in situ.41

Мыла, воски и смазки

В некоторых исследованиях касторовое масло использовалось для производства мыла.47–49 В некоторых исследованиях касторовое масло также используется в восках.50–53 В одном исследовании, проведенном Двиведи и Сапре54, касторовое масло использовалось во всех овощах. масляные смазки. Полные смазки на растительном масле — это смазки, в которых и смазка, и гелеобразователь образованы из растительного масла. В их исследовании использовалась схема одновременных реакций для образования натриевых и литиевых смазок с использованием касторового масла.

Смазочные материалы, гидравлические и тормозные жидкости

Касторовое масло также использовалось для разработки базовых компонентов смазочных материалов с низкой температурой застывания путем синтеза сложных ацилокси-касторовых полиоловых эфиров.55 Свойство низкой температуры застывания помогает обеспечить полную смазку при запуске оборудования, и с ним легче обращаться в холодную погоду. 56 Интересное исследование Сингха показало превосходный потенциал смазки на основе касторового масла в качестве средства уменьшения загрязнения дыма. В его исследованиях биоразлагаемое масло для двухтактных двигателей (2T), популярная разновидность смазочного масла, используемого в двухтактных двигателях скутеров и мотоциклов, 57 было разработано на основе касторового масла, которое состояло из моноэфиров толила и рабочих присадок, но не смешивалось. растворитель.Их оценки эффективности показали, что он снижает дымность на 50–70% при соотношении масла и топлива 1%, что соответствует стандартной спецификации продукта.58 В дополнение к возможному использованию в качестве моторного масла автомобиля, модифицированная версия Смазка на основе касторового масла, состоящая из 100 частей касторового масла и 20–110 частей химически и термически стабильной жидкой смеси с низкой вязкостью, растворимой в касторовом масле, показала свой потенциал в качестве смазки для холодильных систем.59 Хотя касторовое масло использовалось в качестве DOT Тормозная жидкость с рейтингом 2 считается устаревшим типом тормозной жидкости, которую нельзя использовать ни в каких современных транспортных средствах.60,61

Удобрения

При производстве касторового масла образуются два основных побочных продукта: шелуха и шрот. На каждую тонну касторового масла получается 1,31 тонны шелухи и 1,1 тонны шрота. Исследование Lima et al62 показало, что смеси клещевины и шелухи клещевины, используемые в качестве удобрения, способствовали значительному росту растений до дозы 4,5% (по объему) муки. Однако дозы, превышающие 4,5%, вызывали снижение роста растений и даже гибель растений. Их исследование показало, что клещевина может быть использована в качестве хорошего органического удобрения из-за высокого содержания азота и фосфора, но смешивание с касторовой шелухой не обязательно.

Покрытия

Покрытия и краски также являются еще одним применением касторового масла. Касторовое масло можно эффективно обезвоживать с помощью неконъюгированных аддуктов масло-малеиновый ангидрид для получения полезных красок или мебельного масла () .63 Тревино и Трамбо64 изучали использование касторового масла в качестве покрытия путем преобразования гидроксильных функций касторового масла в β-кетоэфиры. с использованием t -бутилацетоацетата. Известно, что реакция является относительно быстрой и протекает с высоким выходом в мягких условиях.Результаты показали, что блеск пленок 60 ° и гибкость пленки были хорошими. В отдельном исследовании, проведенном Такуром и Караком, 65 усовершенствованных материалов для поверхностного покрытия были синтезированы из сверхразветвленных полиуретанов на основе касторового масла (HBPU), сильно разветвленной макромолекулы. HBP продемонстрировали отличные характеристики в качестве материалов для поверхностного покрытия с HBPU на основе моноглицеридов, демонстрируя более высокую прочность на разрыв, чем прямые покрытия на масляной основе. Оба HBPU имеют приемлемые диэлектрические свойства с термической стабильностью более 250 ° C для обоих полимеров.Покрытия Ceramer также являются еще одним нанесением касторового масла. де Лука и др .66 синтезировали керамические покрытия из касторового масла или эпоксидированного касторового масла и тетраэтоксисилана. Совсем недавно высокоэффективные гибридные покрытия были синтезированы Аллауддином и др. 67 с использованием методологии, которая включала введение гидролизуемых групп –Si-OCH ₃ в касторовое масло, которое использовалось для разработки гибридных покрытий PU / мочевина-диоксид кремния.

Схема реакции дегидратации рицинолевой кислоты.

Фармакологическое и лекарственное использование

Хотя касторовое масло хорошо известно как сильнодействующее слабительное, его лечебное применение относительно невелико (<1%). Помимо этого печально известного применения касторового масла, оно считается важным сырьем, используемым в химической промышленности, особенно при производстве широкого спектра материалов, многие из которых превосходят аналогичные продукты, полученные из нефти. Высокий процентный состав RA в непосредственной близости от двойной связи делает это масло пригодным для различных физических, химических и даже физиологических действий, как описано в вышеупомянутых параграфах.5

Благодаря активности RA в кишечнике, касторовое масло широко использовалось в различных биопробах, связанных с антидиарейной активностью на лабораторных животных. Касторовое масло часто вводят перорально, чтобы вызвать диарею у крыс.68–70 Этот анализ привел к быстрому и эффективному методу предварительного скрининга различных фитохимических веществ на предмет потенциальных лекарств-кандидатов из натуральных продуктов.

В современной медицине касторовое масло также используется в качестве средства доставки лекарств. Примером является Kolliphor EL или ранее известный как Cremophor EL, который является зарегистрированным продуктом BASF Corp.Продукт представляет собой полиэкстоксилированное касторовое масло, смесь (CAS № 61791-12-6), которую получают, когда 35 моль этиленоксида вступают в реакцию с одним моль касторового масла. Этот продукт часто используется в качестве наполнителя или добавки в лекарствах, а также используется для образования стабильных эмульсий неполярных материалов в различных водных системах. Он также часто используется в качестве средства доставки очень неполярных лекарств, таких как противораковые препараты паклитаксел и доцетаксел.71–73

Экстракция касторового масла

Касторовое масло содержит около 30-50% масла ( м / м ). ).74,75 Касторовое масло можно экстрагировать из клещевины механическим прессованием, экстракцией растворителем или сочетанием прессования и экстракции.74 После сбора урожая семенам дают высохнуть, чтобы оболочка семян раскололась, высвобождая семена внутри . Процесс экстракции начинается с снятия оболочки с семян. Это можно сделать механически с помощью лущилки клещевины или вручную руками. Когда это экономически целесообразно, предпочтительнее использовать машину для облегчения процесса шелушения.

После снятия оболочки с семян семена очищаются от любых посторонних материалов, таких как палки, стебли, листья, песок или грязь. 75 Эти материалы обычно можно удалить с помощью серии вращающихся сит или катушек. Магниты, используемые над конвейерными лентами, могут удалять железо. Затем семена можно нагреть, чтобы внутренняя часть семян затвердела для экстракции. В этом процессе семена нагреваются в прессе с паровой рубашкой для удаления влаги, и этот процесс отверждения способствует экстракции.Затем приготовленные семена сушат перед началом процесса экстракции. Винтовой или гидравлический пресс непрерывного действия используется для измельчения семян касторового масла, чтобы облегчить удаление масла (). Первая часть этой фазы экстракции называется предварительным прессованием. Для предварительного прессования обычно используется винтовой пресс, называемый маслоэкраном. Маслоэкспеллер представляет собой винтовой пресс непрерывного действия высокого давления для извлечения масла.

Промышленный винтовой пресс непрерывного действия.

Хотя этот процесс можно проводить при низкой температуре, механическое прессование приводит только к 45% извлечению масла из клещевины.16 Более высокие температуры могут повысить эффективность экстракции. Выход до 80% доступного масла может быть получен путем использования высокотемпературного гидравлического прессования в процессе экстракции.74 Температуру экстракции можно контролировать путем циркуляции холодной воды через прессовую машину, отвечающую за холодное прессование семян. Касторовое масло холодного отжима имеет более низкое содержание кислоты и йода и светлее по цвету, чем касторовое масло, полученное экстракцией растворителем.75

После экстракции масло собирают и фильтруют, а отфильтрованный материал снова объединяют с новыми свежими семенами для повторной экстракции .Таким образом, объемный фильтрованный материал продолжает собираться и проходит несколько циклов экстракции, комбинируясь с новым сыпучим материалом по мере того, как процесс повторяется. Этот материал, наконец, выталкивается из пресса и известен как касторовый пирог. Касторовый жмых из пресса содержит примерно до 10% касторового масла.75 После измельчения и извлечения масла из основной массы семян касторового масла дальнейшее извлечение масла из оставшегося материала касторового жмыха может быть выполнено путем измельчения касторового жмыха и с использованием методов экстракции растворителем.Экстрактор Сокслета или коммерческий растворитель используется для извлечения масла из касторового жмыха. Использование органических растворителей, таких как гексан, гептан или петролейный эфир, в качестве растворителя в процессе экстракции приводит к удалению большей части остаточного масла, все еще недоступного в оставшейся массе семян.

Фильтрация / очистка касторового масла

После экстракции масла с помощью пресса в полученном масле все еще остаются примеси. Чтобы помочь в удалении оставшихся примесей, обычно используются системы фильтрации.Системы фильтрации способны удалять частицы крупного и мелкого размера, любые растворенные газы, кислоты и даже воду из масла.75 Оборудование системы фильтрации, обычно используемое для этой задачи, — это фильтр-пресс. Неочищенное касторовое масло имеет бледно-желтый или соломенный цвет, но его можно сделать бесцветным или почти бесцветным после очистки и отбеливания. Сырая нефть также имеет отчетливый запах, но ее также можно дезодорировать в процессе очистки.

Переработка касторового масла

После фильтрации неочищенное или нерафинированное масло отправляется на нефтеперерабатывающий завод для переработки.В процессе рафинирования из масла удаляются такие примеси, как коллоидные вещества, фосфолипиды, избыточные свободные жирные кислоты (СЖК) и красители. Удаление этих примесей позволяет маслу не портиться при длительном хранении. Стадии процесса рафинирования включают рафинирование, нейтрализацию, отбеливание и дезодорацию16,74. Рафинирование масла происходит путем добавления к нему горячей воды, давая смеси отстояться, и, наконец, удаляется водный слой. Этот процесс можно повторить.После стадии рафинирования для нейтрализации добавляют сильное основание, такое как гидроксид натрия. Затем основание удаляют горячей водой, и разделение водного слоя и масла позволяет удалить водный слой. За нейтрализацией следует отбеливание для удаления цвета, оставшихся фосфолипидов и любых остатков продуктов окисления. Затем касторовое масло дезодорируют, чтобы удалить из него запах. Рафинированное касторовое масло обычно имеет длительный срок хранения около 12 месяцев, если оно не подвергается чрезмерному нагреванию.Шаги, связанные с переработкой сырого касторового масла, более подробно рассматриваются в следующем разделе.

Очистка сырого касторового масла

В то время как в предыдущем разделе кратко обсуждался общий обзор стадии очистки касторового масла, в этом разделе подробно объясняется каждый из процессов, участвующих в ней. Нерафинированное касторовое масло приводит к быстрой деградации из-за присутствия примесей, как указано в разделе «Очистка касторового масла», что делает его менее подходящим для большинства применений.1 Следовательно, процесс очистки должен проводиться до получения производного масла.Порядок этапов, выполняемых в процессе рафинирования, который включает рафинирование, нейтрализацию, отбеливание, дезодорацию и иногда подготовку к зиме, должен приниматься во внимание для эффективной рафинации масла () и подробно и конкретно описан в условиях производства касторового масла в разделе « Дегумминг »,« Нейтрализация »,« Отбеливание »,« Дезодорация »и« Утепление ».

Блок-схема обработки роликов.

Удаление слизи

Первый этап процесса очистки касторового масла, называемый удалением слизи, используется для снижения содержания фосфатидов и металлов в сырой нефти.Фосфатиды, присутствующие в неочищенном касторовом масле, можно найти в форме лецитина, цефалина и фосфатидных кислот.76 Эти фосфатиды можно разделить на два разных типа: гидратируемые и негидратируемые, 77 и, соответственно, подходящие процедуры рафинирования (водное рафинирование, кислотное рафинирование и энзиматическое рафинирование) для эффективного удаления этих фосфатидов. Как правило, сырое растительное масло содержит около 10% негидратируемых фосфатидов.77 Однако количество может значительно варьироваться в зависимости от различных факторов, таких как тип семян, качество семян и условия, применяемые во время операции измельчения.В то время как гидратируемые фосфатиды могут быть удалены в основном водным рафинированием, негидратируемые фосфатиды могут быть удалены только с помощью кислотных или ферментативных процедур рафинирования. возможно на начальных этапах переработки нефти. В этом процессе сырая нефть нагревается примерно до 60–70 ° C. Затем к сырой нефти добавляют воду, и полученную смесь хорошо перемешивают и оставляют на 30 минут, в течение которых фосфатиды, присутствующие в сырой нефти, становятся гидратированными и, таким образом, становятся нерастворимыми в масле.78 Гидратированные фосфатиды можно удалить декантацией или центрифугированием. Водное рафинирование позволяет удалить даже небольшие количества негидратируемых фосфатидов вместе с гидратируемыми фосфатидами. Экстрагированные камеди можно перерабатывать в лецитин для пищевых, кормовых или технических целей.

Кислотное рафинирование

В целом, процесс кислотного рафинирования можно рассматривать как лучшую альтернативу процессу водного рафинирования, если сырая нефть содержит значительное количество негидратируемых фосфатидов.79 В процессе кислотного рафинирования неочищенное касторовое масло обрабатывают кислотой (фосфорной кислотой, яблочной кислотой или лимонной кислотой) в присутствии воды. 77,80 Кислотное рафинирование обычно проводится при повышенной температуре, обычно около 90 ° С. С. Затем выпавшие в осадок камеди отделяют центрифугированием с последующей сушкой в ​​вакууме рафинированного масла.79

Ферментативное рафинирование

Превращение негидратируемых фосфатидов в гидратируемые фосфатиды также может быть достигнуто с использованием ферментов.81 Здесь раствор фермента, который представляет собой смесь водного раствора лимонной кислоты, каустической соды и ферментов, диспергируется в отфильтрованном масле при умеренных температурах, обычно от 45 ° C до 65 ° C. Высокоскоростной вращающийся смеситель используется для эффективного смешивания масла и фермента. Затем масло отделяется от гидратированной камеди путем механического отделения и подвергается вакуумной сушке.82 Существует множество так называемых «микробных ферментов». Первыми из них были фосфолипазы A1 (Lecitase® Novo и Ultra) и, совсем недавно, фосфолипаза C (Purifine®).Липид-ацилтрансфераза (LysoMax®) с активностью PLA2 также стала доступной в коммерческих количествах. Эти ферменты имеют определенные функции и особенности. Например, ферменты Lecitases® и LysoMax® способны катализировать гидролиз всех обычных фосфатидов. Фермент Purifine®, с другой стороны, специфичен для фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина.81

Нейтрализация

Семена клещевины хорошего качества, хранящиеся в контролируемых условиях, производят только низкое содержание FFA, приблизительно равное 0.3% .82 Иногда масличные семена, которые старые или хранятся более 12 месяцев с высоким содержанием влаги, производят высокое содержание FFA на уровне около 5 %.83 Этот избыток FFA, присутствующий в касторовом масле, не обеспечивает тех же функций, что и масло. нейтральное масло и может изменять свою реакционную способность с различными веществами. Следовательно, очень важно удалить высокое содержание FFA, чтобы получить высококачественное касторовое масло. Этот процесс удаления FFA из очищенного от слизи масла называется нейтрализацией.82

В целом процесс рафинирования можно разделить на два метода: химический и физический рафинирование. Физическое рафинирование обычно осуществляется путем поддержания высокой температуры выше 200 ° C при низком давлении вакуума. В этих условиях обработки FFA с низкой точкой кипения перегоняется в вакууме из триглицеридов с высокой точкой кипения. Однако физическая очистка не рекомендуется в случае касторового масла из-за его чувствительности к теплу, поскольку оно обычно начинает распадаться при температуре выше 150 ° C, что может привести к гидролизу гидроксильных групп.С другой стороны, химическая очистка основана на принципе растворимости триглицеридов и мыла жирных кислот.82 СЖК (кислоты) реагируют со щелочью (сильное основание) с образованием мыла жирных кислот (). Образовавшееся мыло обычно нерастворимо в масле и, следовательно, его можно легко отделить от масла на основании разницы в удельном весе между мылом и триглицеридами. Удельный вес мыла выше, чем у триглицеридов, и поэтому оно имеет тенденцию оседать на дне реактора.На большинстве современных нефтеперерабатывающих заводов для разделения мыльной и масляной смеси используются высокоскоростные центрифуги.

Образование мыла с рицинолевой кислотой.

Щелочная нейтрализация или химическая очистка снижает содержание следующих компонентов: свободных жирных кислот, продуктов окисления свободных жирных кислот, остаточных белков, фосфатидов, углеводов, следов металлов и части пигментов. Касторовое масло, очищенное от слизи, сначала обрабатывают раствором щелочи (2% каустической соды) при температуре от 85 ° C до 95 ° C при постоянном перемешивании в течение примерно 45–60 минут.84 На этом этапе щелочь реагирует с FFA и превращает их в мыльный раствор. Полученное мыло имеет более высокий удельный вес, чем нейтральное масло, и имеет тенденцию оседать на дне. Масло можно отделить от мыла гравитационным разделением или с помощью коммерческих центрифуг. Мелкие нефтеперерабатывающие заводы используют маршрут гравитационного разделения, тогда как заводы большой мощности используют коммерческие центрифуги с вертикальным штабелем. Затем отделенное масло промывают горячей водой для удаления мыла, раствора щелочи и других примесей.85 Как правило, периодическая нейтрализация касторового масла требует от четырех до шести промывок горячей водой, чтобы снизить уровень мыла до уровня ниже 100 частей на миллион. 84 Полученное таким образом масло сушат в вакууме и передают на следующий процесс — отбеливание.

Нейтрализация касторового масла — это этап очистки с высокими потерями. Эта потеря, предположительно, связана с небольшой разницей в удельном весе образующегося мыла и нейтрального вязкого касторового масла.83

Отбеливание

Касторовое масло используется во многих областях, где внешний вид конечного продукта чрезвычайно важен.Например, косметические составы, смазочные добавки и производство биоматериалов требуют, чтобы цвет конечного продукта находился в определенных пределах. Хотя касторовое масло, полученное после процессов рафинирования и нейтрализации, по внешнему виду дает прозрачную жидкость, оно все же может содержать окрашенные тела, натуральные пигменты и антиоксиданты (токоферолы и токотриенолы), которые были экстрагированы вместе с неочищенным маслом из касторовых бобов. пигменты чрезвычайно малы, от 10 до 50 нм, и их невозможно удалить из масла с помощью какой-либо единичной операции.82 Однако процесс адсорбции, называемый «отбеливанием», может использоваться для удаления таких цветных пигментов и оставшихся фосфолипидов с использованием активированных земель в условиях умеренного вакуума от 50 до 100 мм рт. Уменьшение цвета масла можно измерить с помощью аналитического прибора, называемого тинтометром.

Активированные земли — это глинистые руды, содержащие минералы, а именно бентонит и монтмориллонит. Эти типы глины обычно встречаются на всех континентах, образовавшихся в результате уникальных географических перемещений миллионы лет назад.87 Эффективность отбеливающей земли, также называемая отбеливающей способностью, зависит от способности адсорбировать цветные пигменты и другие загрязнения на ее поверхности. Обычно необработанная глина имеет более низкую отбеливаемость, чем активированная кислотой или обработанная глина. Необработанные глины при активации концентрированной кислотой с последующей промывкой и сушкой приобретают большую адсорбционную способность для адсорбции цветных пигментов из масла.88

Отбеливание касторового масла можно проводить в вакууме при температуре около 100 ° C при постоянном перемешивании масла подходящей количество активированных земель и угля.78 Процесс отбеливания требует около 2% отбеливающей земли и углерода для получения желаемого масла светлого цвета. В этих условиях обработки окрашенные тела, мыло и фосфатиды адсорбируются на активированной земле и угле. Активированная земля и уголь удаляются с помощью стандартного фильтра. Полученный таким образом отработанный углерод земли сохраняет содержание нефти около 20-25%. Отбеливающее касторовое масло с повышенным содержанием фосфатидов и мыла часто приводит к сильному удерживанию масла из-за большого количества используемой активированной земли и, таким образом, вызывает проблемы с фильтрацией.Хотя эта оставшаяся нефть на отработанной земле может быть извлечена путем кипячения отработанной земли в воде или методом экстракции растворителем, восстановленная нефть из отработанной земли сильно окрашена с высоким содержанием FFA и высоким содержанием пероксида, обычно более 10 мг КОН / г и 20 мэкв / кг соответственно.88

Дезодорация

Дезодорация — это просто процесс вакуумной перегонки с водяным паром, который удаляет относительно летучие компоненты, которые вызывают нежелательные привкусы, цвета и запахи в жирах и маслах.В отличие от других растительных масел, касторовое масло требует ограниченного дезодорации или не требует ее вообще, так как это непищевое масло, в котором легкий резкий запах не является проблемой для большинства его применений, за исключением фармацевтического касторового масла.89,90 Дезодорация обычно проводится. в высоком вакууме и при высокой температуре выше 250 ° C для удаления нежелательных запахов, вызываемых кетонами, альдегидами, стеролами, тритерпеновыми спиртами и короткоцепочечными жирными кислотами.85 Касторовое масло фармацевтического качества дезодорируется при низких температурах, приблизительно от 150 ° C до 170 ° C в высоком вакууме в течение 8–10 часов, чтобы избежать гидролиза гидроксигруппы RA.86

Подготовка к зиме

Большинство растительных масел содержат высокие концентрации восков, жирных кислот и липидов. Следовательно, он подвергается процессу подготовки к зиме перед окончательным использованием. Подготовка масла к зиме — это процесс, при котором воски кристаллизуются и удаляются с помощью процесса фильтрации, чтобы избежать помутнения жидкой фракции при более низких температурах. Кизельгур является обычно используемым вспомогательным фильтрующим агентом, и полученный в конце фильтрационный осадок может быть переработан в кормовой ингредиент.В некоторых случаях аналогичный процесс, называемый «депарафинизация», также может использоваться в качестве средства для осветления масла, когда количество мутности сохраняется.91,92

Выводы и направления на будущее

Касторовое масло является многообещающим товаром, который имеет множество разнообразных свойств. применения в ближайшие годы, особенно в качестве возобновляемого источника энергии.

Важное значение для производства и сбыта касторового масла имеет научное исследование параметров обработки, необходимых для повышения выхода масла. В последние годы были выполнены и реализованы алгоритмы прогнозирующего моделирования с машинным обучением и расчеты для прогнозирования и оптимизации любых технологических параметров при производстве касторового масла.Использование искусственной нейронной сети (ИНС) в сочетании с генетическим алгоритмом (GA) и экспериментами с центральным композитным дизайном (CCD) позволило разработать статистическую модель для оптимизации множества переменных, предсказывающих наилучшие условия работы с минимальным количеством экспериментов и высоким содержанием касторового масла. 93 В отдельном исследовании, проведенном Мбахом и др. 17, для определения условий использовался многоуровневый факторный план с использованием программного обеспечения Minitab, что привело к оптимальному выходу экстракции касторового масла методом экстракции растворителем.Это исследование показало, что оптимальные условия, включающие время выщелачивания 2 часа, температуру выщелачивания 50 ° C и соотношение растворенных веществ: растворителей 2 г: 40 мл, обеспечивают оптимальный выход экстракции касторового масла. Такой математический экспериментальный план и методология могут оказаться полезными при анализе эффектов и взаимодействий многих экспериментальных факторов, участвующих в производстве касторового масла.

С появлением биотехнологических инноваций генная инженерия может улучшить как качество, так и количество касторового масла.Генную инженерию можно разделить на две части: один подход заключается в увеличении содержания определенных жирных кислот, а второй подход — в разработке биосинтетических путей промышленных масел с высокой ценностью.94 Для последнего могут быть добыты кластеры биосинтетических генов, ответственные за производство жирных кислот. для этой цели. В одном конкретном исследовании Лу и др. 95 Arabidopsis thaliana , экспрессирующая гидроксилазу 12 жирных кислот клещевины (FAh22), была использована для поиска генов, которые могут улучшать накопление гидрокси жирных кислот среди развитых трансгенных семян.Вышеупомянутое исследование позволило идентифицировать определенные белки, которые могут улучшить содержание гидроксижирных кислот в семенах клещевины. Эти белки включают олеозины (небольшой белок, участвующий в образовании липидных тел) и фосфатидилэтаноламин (белок, участвующий в модификации жирных кислот и передающийся в триацилглицерин) .96 Понимая генетику, лежащую в основе производства масла, можно достичь лучшего выхода.

С наступлением эры –омики геномика, транскриптомика и протеомика могут стать ключевыми игроками в понимании генетики улучшения качества и количества добычи нефти.Достижения в области геномики позволили разработать последовательность генома клещевины, которая привела к пониманию его генетического разнообразия.97,98 Будущее направление будет включать тандемную геномику и транскриптомику, которая может помочь выявить различия в уровнях экспрессии генов по пространственно-временному параметру, влияющему на качество и количество масла. Кроме того, протеомика может быть использована для понимания белков и ферментов, которые экспрессируются клещевиной. 99 Поскольку это немодельный организм, методы идентификации белков на основе гомологии могут быть использованы для понимания клеточной и биологической природы производства масла, что приведет к улучшенное качество и количество масла.

В качестве источника биодизеля недавние исследования показали, что синтез биодизельного топлива из касторового масла ограничен рядом факторов, включая наличие надлежащей температуры реакции, молярного отношения масла к метанолу и количества катализатора. Исследование с использованием методологии поверхности отклика в качестве модели было использовано для оптимизации фактора реакции синтеза биодизельного топлива из касторового масла.100 В другом аналогичном исследовании изучались параметры, влияющие на реакцию переэтерификации касторового масла.Используя метод Тагучи, состоящий из четырех параметров (температура реакции, интенсивность перемешивания, соотношение спирт / масло и концентрация катализатора), были определены лучшие экспериментальные условия. Было определено, что температуру реакции и интенсивность перемешивания можно оптимизировать. Используя оптимальные результаты, авторы предложили кинетическую модель, которая привела к установлению уравнения для начальной скорости реакции переэтерификации.101 Помимо метода Тагучи, полный факторный план эксперимента также является еще одним подходом, который был исследован для оптимизации производства биодизеля из клещевины. масло.Была получена полиномиальная модель второго порядка для прогнозирования выхода биодизельного топлива как функции этих переменных. Экспериментальные результаты этого процесса показали, что средний выход биодизеля превышает 90% .102 Использование моделей и моделирования действительно может значительно повысить эффективность производства биодизеля из касторового масла. Кроме того, была предложена простая модель, использующая би-би-механизм пинг-понга, которая обобщает эффективный метод некаталитической переэтерификации касторового масла в сверхкритическом метаноле и этаноле.103 Это модель ферментативной реакции, в которой участвуют два субстрата и два продукта (так называемая би-би-система). Фермент сначала вступает в реакцию с одним субстратом с образованием продукта и модифицированного фермента. Затем модифицированный фермент будет реагировать со вторым субстратом с образованием конечного продукта и регенерировать исходный фермент. В этой модели фермент воспринимается как мяч для пинг-понга, который перескакивает из одного состояния в другое.

Производство биодизеля из касторового масла — действительно перспективное предприятие.Достижения в области моделей и моделирования облегчили оптимизацию ключевых параметров обработки, необходимых для получения хорошего выхода такого биодизельного топлива.

В этом обзоре мы представляем как обширный, так и интенсивный анализ касторового масла, от его промышленного до фармакологического использования. Кроме того, в этом обзоре обсуждалась традиционная и современная переработка касторового масла, а также будущие направления, по мере того как мы вступаем в эру -омики и компьютерного анализа.

Благодарности

Мы хотели бы поблагодарить Jayant Oils and Derivatives и SDI Farms, Inc за то, что они позволили нам использовать их возможности, которые привели к концептуализации этой рукописи.

Аббревиатуры

Сноски

АКАДЕМИЧЕСКИЙ РЕДАКТОР: Тим Левин, главный редактор

РЕЦЕНЗИЯ: Три рецензента внесли свой вклад в отчет о коллегиальной проверке.В отчетах рецензентов было 727 слов без учета конфиденциальных комментариев академического редактора.

ФИНАНСИРОВАНИЕ: Авторы не раскрывают никаких внешних источников финансирования.

КОНКУРЕНТНЫЕ ИНТЕРЕСЫ: VRP использовалась компаниями Jayant Oils and Derivatives Ltd. и SDI Inc., коммерческими производителями касторового масла, во время подготовки данной рукописи. Другие авторы не сообщают о потенциальных конфликтах интересов.

Работа, прошедшая одностороннее слепое рецензирование независимым экспертом.Все редакционные решения принимаются независимым академическим редактором. При подаче рукопись была подвергнута антиплагиатной проверке. Перед публикацией все авторы подписали подтверждение согласия на публикацию статьи и соблюдение всех применимых этических и юридических требований, включая точность информации об авторе и соавторах, раскрытие конкурирующих интересов и источников финансирования, соблюдение этических требований, касающихся человека и животных. участников исследования, а также соблюдение требований об авторских правах третьих лиц.Этот журнал является членом Комитета по этике публикаций (COPE).

Вклад авторов

Задумал и разработал исследование: VRP, GGD и LCKV. Проанализированы данные: VRP, GGD и LCKV. Написал первый черновик рукописи: ВРП. В написании рукописи участвовали: VRP, GGD, LCKV, RM и BJJS. Согласен с результатами и выводами рукописи: VRP, GGD, LCKV, RM и BJJS. Совместно разработали структуру и аргументы для статьи: VRP, GGD, LCKV, RM и BJJS.Внесены критические исправления и утверждена финальная версия: VRP, GGD, LCKV, RM и BJJS. Все авторы просмотрели и одобрили окончательный вариант рукописи.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

6. OIL WORLD ISTA Mielke GmbH: Служба прогнозирования и информации для масличных культур, масел и шротов.

77. Кэмпбелл SJ, Nakayama N, Unger EH. United Oilseed Products Ltd; 1 157 883. Химическое рафинирование сырых растительных масел. Канадский патент 1983 г.

11 преимуществ для здоровья и использует

Касторовое масло — это растительное масло, получаемое путем прессования семян клещевины. Касторовое масло, традиционно производимое в Западной Индии, но теперь распространенное в Китае и Бразилии, уже много лет используется в косметических продуктах, таких как мыло, благодаря своим смазывающим свойствам. Но касторовое масло — это не только косметика; В наши дни все больше исследований указывает на ряд доказанных преимуществ для здоровья, включая заживление ран и противовирусный потенциал касторового масла.

Но что такое касторовое масло и безопасно ли наносить его на кожу? Мы поговорили с экспертами, чтобы узнать о пользе, использовании и потенциальных побочных эффектах касторового масла:

Что такое касторовое масло?

Касторовое масло — это растительное масло, получаемое путем прессования семян растения Ricinus communis, или просто клещевины.

«Растения Ricinus выращивают в качестве источника касторового масла, которое используется в кормах для животных, медицинских продуктах, средствах гигиены, косметике, красках, красителях и во многих других целях», — говорит д-р Дебора Ли из интернет-аптеки Dr Fox.

«Семена растения Ricinus содержат смертельный яд — рицин, который нельзя жевать или есть сырым», — продолжает она. «Однако касторовое масло само по себе безопасно, так как тепло, возникающее при обработке касторового масла, разрушает рицин».

Касторовое масло — густое масло бесцветного или бледно-желтого цвета. «У него характерный запах и неприятный вкус, как вазелин», — добавляет доктор Ли. «Основным компонентом касторового масла является рицинолевая кислота — мононенасыщенная жирная кислота».

КазмулкаGetty Images

11 Польза для здоровья касторового масла

По мнению экспертов, касторовое масло обладает рядом научно обоснованных преимуществ для здоровья и его применения.К ним относятся следующие:

1. Касторовое масло помогает при запоре

Чувство поддержки? Несколько ложек касторового масла — это то, что вам нужно, благодаря его слабительным свойствам.

«Касторовое масло — эффективное слабительное средство для кратковременного облегчения запоров», — говорит д-р Ана, врач-эстетик Kat & Co.

«Многие люди слышали о слабительных свойствах касторового масла», — соглашается д-р Ли. При попадании внутрь касторовое масло расщепляется энзимами кишечной липазы, которые активируют рецепторы гладкомышечных клеток EP3 и EP4 и стимулируют транспорт в кишечнике.’

2. Касторовое масло полезно для сухой кожи

Для людей, страдающих сухой кожей, вы можете втирать касторовое масло прямо в кожу, чтобы насладиться его естественными увлажняющими свойствами.

«Касторовое масло обладает множеством увлажняющих свойств для кожи благодаря высокому содержанию жирных кислот», — говорит д-р Ана.

3. Касторовое масло может помочь в лечении прыщей

Борьба с прыщами? По словам доктора Аны, касторовое масло обладает противовоспалительными свойствами, которые могут помочь ослабить воспалительный процесс при высыпаниях прыщей и чувствительной коже.

«Касторовое масло может быть полезно для лечения прыщей из-за его антимикробного воздействия на кожные бактерии», — соглашается д-р Ли. «Он также имеет высокое содержание триглицеридов, которые полезны для увлажнения кожи и помогают удерживать воду. Он также может помочь очистить закупоренные поры и помочь коже, поддерживая ее увлажнение ».

«Осторожно нанесите касторовое масло прямо на кожу с помощью ватного диска», — советует доктор Ли. «Хотя его можно использовать в концентрированном виде, его также можно разбавить, смешав с другими маслами в соотношении 1: 1.’

4. Касторовое масло полезно для волос

Если ваши локоны нуждаются в подъёме, говорят, что касторовое масло способствует здоровому росту волос, хотя доказательства ограничены. Однако касторовое масло можно использовать как кондиционер для волос.

«Помогает кондиционировать кожу головы и улучшает блеск и блеск волос», — говорит д-р Ли. «Специалисты по волосам рекомендуют касторовое масло как средство питания и улучшения качества волос».

5. Касторовое масло полезно для ног

То, что касторовое масло можно использовать для лечения ног спортсмена, малоизвестно.«Он содержит ундециленовую кислоту, которая оказалась эффективным средством для лечения грибковой инфекции Trichophyton rubrum — основной причины микоза», — объясняет д-р Ли.

Между тем, «касторовое масло также помогает лечить сухие, потрескавшиеся пятки, — говорит она, — потому что оно является отличным увлажняющим средством, а также помогает коже удерживать воду».

Анна ЕфетоваGetty Images

6. Касторовое масло может помочь заживить раны

Исследования показали, что касторовое масло может ускорить заживление ран.«Касторовое масло может способствовать процессу заживления ран, — говорит д-р Ана.

«В лабораторных исследованиях с участием крыс было продемонстрировано, что рицинолевая кислота — основной ингредиент касторового масла — стимулирует заживление хронических ран, таких как язвы кожи», — добавляет д-р Ли.

Перед нанесением масла на поврежденную кожу проконсультируйтесь с врачом, так как это может легко усугубить ситуацию.

7. Касторовое масло может помочь в лечении рака

Хотя исследования все еще ограничены, есть обнадеживающие доказательства того, что касторовое масло может помочь при некоторых типах лечения рака.

‘ Лабораторные исследования показали, что касторовое масло может иметь положительный эффект против некоторых типов раковых клеток, таких как рак толстой кишки », — говорит д-р Ли.

8. Касторовое масло используется как репеллент от насекомых

Вести войну против летних мошек и укусов комаров? «Касторовое масло оказалось значительным инсектицидом против различных жуков и долгоносиков, таких как долгоносик адзуки», — говорит д-р Ли. «Его также с некоторым успехом использовали для отпугивания кротов.’

Налейте раствор в распылитель и нанесите его на ноги, руки и другие открытые участки для отпугивания насекомых.

9. Касторовое масло обладает противовоспалительным действием

Касторовое масло может обладать противовоспалительными свойствами, что делает его полезным для лечения раздраженной кожи

‘В исследованиях на животных местное нанесение рицинолевой кислоты (основного ингредиента касторового масла) на области острого или хронического воспаления оказывали противовоспалительное действие, при этом отек тканей (опухоль) заметно уменьшался », — говорит д-р Ли.

10. Касторовое масло стимулирует иммунный ответ

Касторовое масло может укреплять иммунную систему, увеличивая количество лейкоцитов и, следовательно, борясь с инфекциями.

«Местное нанесение касторового масла на кожу может стимулировать Т-клетки и вызывать местный или общий иммунный ответ», — говорит д-р Ли.

11. Касторовое масло может быть естественным болеутоляющим

Исследования показывают, что из-за его противовоспалительных свойств касторовое масло можно использовать для облегчения боли в суставах и менструальных спазмов при нанесении на кожу.

---

---

Побочные эффекты касторового масла

Хотя касторовое масло считается безопасным для использования, действуйте осторожно и всегда сначала проконсультируйтесь с врачом, так как оно может иметь побочные эффекты.

«Некоторые из возможных побочных эффектов включают диарею, боль в животе, нерегулярный сердечный ритм, мышечные судороги и спутанность сознания», — говорит д-р Ана. «Его следует использовать с осторожностью в течение ограниченного периода времени и при необходимости всегда консультироваться с врачом».

Кому не следует использовать касторовое масло?

Некоторым людям следует избегать использования касторового масла.К ним относятся:

• Люди с аллергией: «Имейте в виду, что касторовое масло содержит некоторые аллергены, поэтому используйте его с осторожностью, следите за признаками аллергической реакции и внимательно проверяйте этикетку, если у вас есть какие-либо известные аллергии». — говорит доктор Ана.
• Беременным или кормящим женщинам: « Касторовое масло не рекомендуется при беременности, потому что, хотя это не было доказано, есть опасения, что оно может вызвать сокращение матки и преждевременные роды», — говорит д-р Ли.
• Любой человек с желудочно-кишечным заболеванием: «Избегайте, если у вас в анамнезе есть заболевания ЖКТ, такие как кишечная непроходимость, аппендицит, перфорация кишечника или воспалительное заболевание кишечника», — говорит д-р Ли.

⚠️ Перед использованием касторового масла обязательно проконсультируйтесь с фармацевтом или врачом, чтобы убедиться в отсутствии значительного взаимодействия с любыми из ваших текущих лекарств.


---

---

Последнее обновление : 29-03-2021

Анна Боне Анна — автор статей в Hearst Lifestyle и редактор чтения в Red Magazine.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

5 Преимущества и использование касторового масла

Мало что может быть более динамичным, чем касторовое масло. Хотите знать, что делает это скромное растительное масло таким полезным? Читайте дальше, чтобы узнать о преимуществах касторового масла и о том, почему оно заслуживает места в шкафу в ванной комнате.

Прежде всего, что такое касторовое масло?

Касторовое масло — это, по сути, растительное масло, полученное из растения, произрастающего в Африке и Азии. Он содержит большое количество жирных кислот, в том числе омега-6 и рицинолевую кислоту, и веками использовался как естественное средство от определенных проблем с кожей.

В чистом виде касторовое масло представляет собой жидкость от бесцветной до бледно-желтого цвета с отчетливым вкусом и запахом. Обычно его используют в мыле и парфюмерии.

Преимущества касторового масла

Получите сияющие и здоровые волосы

Касторовое масло содержит рицинолевую кислоту и жирные кислоты омега-6, которые при массировании кожи головы могут помочь улучшить кровообращение и улучшить рост волос.Он также естественным образом увлажняет и кондиционирует волосы, делая их блестящими и здоровыми.

Помогает уменьшить появление морщин

Говоря об увлажнении, незаменимые жирные кислоты касторового масла могут помочь восстановить естественный баланс влаги в коже. Он проникает в кожу и увеличивает выработку коллагена, который помогает смягчить и увлажнить кожу.

Обладает противогрибковыми свойствами

Некоторые исследования показывают, что высокое содержание жира в касторовом масле отлично защищает кожу от бактерий, вызывающих пятна.Таким образом, касторовое масло — отличный вариант, если вы любитель масляных полосканий, а также оно может помочь облегчить появление проблемной кожи, если использовать его в качестве очищающего средства.

Увлажняющий

И последнее, но не менее важное: касторовое масло невероятно увлажняет, что делает его отличной естественной альтернативой для успокоения кожи, смягчения ногтей или даже для питания ресниц! Его также можно использовать вместо кондиционера, особенно если у вас сухая кожа головы или ломкие волосы.

Касторовое масло и волосы

Один из самых популярных способов использования касторового масла сегодня — это интенсивное кондиционирующее средство для волос.Его увлажняющие свойства позволяют уменьшить появление секущихся кончиков, а успокаивающие свойства делают его эффективным против перхоти и раздражения кожи головы.

Как использовать касторовое масло

1. Смешайте его с равными частями оливкового, миндального или кокосового масла для создания увлажняющего крема
2. Нанесите немного на лицо или нанесите теплой фланелью, чтобы уменьшить видимость проблемной кожи
3. Попробуйте протягивать касторовым маслом
4. Вмассируйте прямо в кожу головы, чтобы успокоить раздраженную кожу и уменьшить сухость кожи
5. Нанесите небольшое количество касторового масла на брови или ресницы, чтобы ускорить рост волос
6. Расчесать секущиеся концы
Перед нанесением касторового масла, такого как наше касторовое масло холодного отжима Pukka Castor Oil или Miaflora Castor Oil, мы рекомендуем сначала протестировать его на небольшом участке кожи, чтобы убедиться, что у вас нет аллергической реакции.

Магазин Natural Beauty

Последнее обновление: 19 марта 2020 г.

Источники https: // www.healthline.com/nutrition/castor-oil https://www.medicalnewstoday.com/articles/319844 https://homesteadwishing.com/the-many-uses-castor-oil/

Свойства, применение и методы переработки в промышленных масштабах

Касторовое масло, извлеченное из клещевины, представляет собой интересное сырье естественного происхождения из-за относительно большой доли рицинолевой кислоты (85-90%), присутствующей в его жирнокислотном профиле. Это единственный доступный в природе полиол, который содержит двойную связь у 9-го атома углерода, что придает касторовому маслу уникальные свойства, подходящие для многих несъедобных и промышленных применений, таких как биопластики, пенополиуретаны, краски, смазочные материалы и полимеры.Это уникальное масло с отличительными физическими и химическими свойствами, что также делает их метод обработки несколько отличным от всех других процессов экстракции и рафинирования растительных масел. Хотя выращивание клещевины не очень хорошо принято во всем мире из-за токсичного соединения рицина, присутствующего в клещевине. Несмотря на то, что касторовые бобы ядовиты, рафинированное касторовое масло не содержит аллергенов и рицина, поскольку процесс очистки удаляет все нежелательные составляющие из сырого масла.В дополнение к этому, выращивание клещевины и операции по переработке клещевины можно безопасно управлять с помощью соответствующих инструментов для обработки материалов и руководств по эксплуатации. Из-за неправильного обращения и методов обработки некоторые производители касторового масла сталкиваются с проблемой достижения высокой эффективности производства и получения масла желаемого качества. Эта обзорная глава представляет собой обширный ресурс для исследователей, производителей и предпринимателей касторового масла с подробным обсуждением новых методов обработки, используемых при производстве касторового масла.В частности, в этой главе обсуждаются различные технологические параметры, используемые при производстве касторового масла в промышленных масштабах, включая обработку семян клещевины или экстракцию касторового масла и стадии очистки сырого касторового масла. Подробное объяснение метода экстракции масла, кондиционирования семян с последующим механическим прессованием через экспеллер и различных этапов очистки, включая рафинирование, нейтрализацию и отбеливание, обсуждалось в этой главе. Автор также обсуждает свой личный опыт и подробно объясняет все параметры экстракции и рафинирования, адаптированные для обработки касторовых колес.

5 преимуществ касторового масла для кожи и волос, которые убедят вас перейти на него сегодня

Ваша диета также играет огромную роль в общем здоровье вашей кожи.

Касторовое масло — это растительное масло, получаемое прессованием семян клещевины. Он бледно-желтого цвета и богат антиоксидантами. Специалисты по коже со всего мира часто рекомендуют масло для решения различных проблем с волосами и красоты. В нескольких исследованиях также упоминалось его лечебное воздействие на кожные заболевания, такие как атопический дерматит, заболевание сухой кожи, вызванное увеличением загрязнения и изменением климата, псориаз, аутоиммунное заболевание кожи, которое вызывает поражения и раздражение кожи, а также экзема.Питательные и лечебные эффекты касторового масла могут помочь вам сделать кожу сияющей и молодой, а волосы — красивыми. Вот некоторые преимущества, о которых вы, возможно, не знали. Ваша диета также играет огромную роль в здоровье вашей кожи в целом. Обильное питание вне дома или через нерегулярные промежутки времени, отказ от обезвоживания — это некоторые вредные привычки, которые могут сказаться на вашей коже. Улучшите свой естественный режим ухода за кожей с помощью специальной диеты для сияющей кожи.

Касторовое масло для кожи: нанесение касторового масла на кожу может помочь восстановить водный баланс.


1. Удаляет прыщи

Нанесение касторового масла на кожу поможет восстановить естественный баланс влажности кожи, говорят эксперты. Так что не воздерживайтесь от нанесения касторового масла на кожу для лечения прыщей. Аккуратно нанесите касторовое масло на лицо и помассируйте круговыми движениями, оставьте на ночь и смойте утром.


2. Для здоровых, сияющих волос

Боретесь с сухими и тусклыми локонами? Попробуйте касторовое масло. По словам дерматолога др.Deepali Bhardwaj, касторовое масло — лучшее масло для обогащения кожи головы. Он содержит рицинолевую кислоту и жирные кислоты омега-6, поэтому при нанесении на кожу головы он помогает улучшить кровообращение, что улучшает рост волос.


3. Предотвращает выпадение волос

Выпадение волос — одна из распространенных проблем, с которыми сталкивается множество людей во всем мире. Массаж кожи головы с касторовым маслом помогает укрепить корни и предотвратить выпадение волос. Он обладает способностью вызывать и стимулировать рост волос из спящих фолликулов.Раз в неделю можно применять касторовое масло, смешанное с мети или порошком семян пажитника, и использовать его в качестве маски для волос вместе с паром для достижения наилучших результатов.

Касторовое масло для волос: Массаж кожи головы с касторовым маслом помогает укрепить корни и предотвратить выпадение волос.


4. Для сухой кожи

Сухую и безжизненную кожу можно эффективно обработать касторовым маслом, если будет возможность. Касторовое масло обладает отшелушивающими свойствами, которые можно использовать для лечения шелушения под стопами, сухих ладоней и сухой кожи.Эксперты говорят, что касторовое масло также полезно для тех, кто страдает кожным недугом под названием атопический дерматит, заболеванием сухой кожи, которое сказывается на вашей коже из-за изменения климата и увеличения загрязнения.


5. Лечит морщины

Касторовое масло может оказаться одним из лучших средств от морщин. Он усиливает выработку коллагена, который подтягивает кожу. Омолаживая кожу, он смягчает и разглаживает кожу, делая ее моложе.Для достижения наилучших результатов нанесите небольшое количество касторового масла на морщинистую область и оставьте на ночь.

Говорят, что нанесение касторового масла на брови может ускорить рост волос и сделать ваши тонкие брови немного более пухлыми.

No related posts.