Изобретение относится к масложировой промышленности. Способ включает смешивание нерафинированного масла с гидратирующим агентом, экспозицию полученной смеси, отделение фосфолипидной эмульсии от гидратированного масла. В качестве гидратирующего агента используют смесь, состоящую из белков, полученных из зерна злаковых, фосфолипидов, полученных из растительного масла и воды, при соотношении по массе (1:2:100)÷(1:3:100) соответственно, в количестве 1-4% к массе нерафинированного растительного масла. Изобретение позволяет получить высококачественные гидратированные масла с низким содержанием фосфолипидов и низкими цветным и кислотным числами. 2 табл.
Изобретение относится к масложировой промышленности и может быть использовано для гидратации растительных масел.
Известен способ гидратации растительного масла, включающий смешивание нерафинированного масла с гидратирующим агентом, экспозицию полученной смеси, последующее разделение фаз на гидратированное масло и фосфолипидную эмульсию и сушку гидратированного масла и фосфолипидной эмульсии (Н.С.Арутюнян. Рафинация масел и жиров: Теоретические основы, практика, технология, оборудование / Н.С.Арутюнян, Е.П.Корнена, Е.А.Нестерова. - СПб.: ГИОРД, 2004. - С.82-99).
К недостаткам способа относятся низкая степень гидратации фосфолипидов, высокая цветность гидратированных масел, что при последующей рафинации требует более высокой концентрации щелочного агента и его избытка, большой расход отбеливающих глин, в результате чего снижается выход рафинированного масла.
Задача изобретения - создание высокоэффективного способа гидратации растительного масла.
Задача решается тем, что в способе гидратации растительного масла, включающем смешивание нерафинированного масла с гидратирующим агентом, экспозицию полученной смеси, отделение фосфолипидной эмульсии от гидратированного масла, в качестве гидратирующего агента используют смесь, состоящую из белков, полученных из зерна злаковых, фосфолипидов, полученных из растительного масла, и воды, при соотношении по массе (1:2:100)÷(1:3:100) соответственно, в количестве 1-4% к массе нерафинированного растительного масла.
Техническим результатом является получение гидратированного масла высокого качества с низким содержанием фосфолипидов, а также с низкими цветным и кислотным числами.
Экспериментально было показано, что применение в качестве гидратирующего агента смеси, состоящей из белков, фосфолипидов и воды, позволяет снизить межфазное натяжение на границе раздела фаз «нерафинированное масло - гидратирующий агент», что увеличивает на межфазной поверхности адсорбцию как гидратируемых, так и негидратируемых фосфолипидов, а также красящих веществ.
Заявляемый способ поясняется следующими примерами.
Пример 1. Предварительно получают фосфолипиды из соевого масла путем его гидратации с получением фосфолипидной эмульсии и последующей ее сушки, а также белки из зерна пшеницы путем экстракции измельченного зерна пшеницы водой. По окончании экстракции раствор белка отделяют от небелковых компонентов центрифугированием. Из полученного раствора белок осаждают минеральной кислотой, а осадок отделяют центрифугированием. Затем готовят смесь, состоящую из белков, фосфолипидов и воды в соотношении по массе 1:2:100 соответственно.
Нерафинированное прессовое подсолнечное масло смешивают при температуре 60°С с гидратирующим агентом, в качестве которого используют смесь, полученную из белков, фосфолипидов и воды, в количестве 1% к массе нерафинированного прессового подсолнечного масла. Затем полученную смесь подвергают экспозиции в течение 10 минут и направляют на разделение фаз «гидратированное подсолнечное масло - фосфолипидная эмульсия». Гидратированное масло и фосфолипидную эмульсию сушат по известным режимам.
Основные показатели масел, полученных по заявляемому и известному способам, приведены в таблице 1.
Пример 2. Предварительно получают фосфолипиды из нерафинированного подсолнечного масла путем его гидратации с получением фосфолипидной эмульсии и последующей ее сушки, а также белки из зерна ячменя путем экстракции измельченного зерна ячменя водой. По окончании экстракции раствор белка отделяют от небелковых компонентов центрифугированием. Из полученного раствора белок осаждают минеральной кислотой, а осадок отделяют центрифугированием. Затем готовят смесь, состоящую из белков, фосфолипидов и воды в соотношении по массе 1:3:100 соответственно.
Нерафинированное соевое масло смешивают при температуре 60°С с гидратирующим агентом, в качестве которого используют смесь, полученную из белков, фосфолипидов и воды, в количестве 4% к массе нерафинированного соевого масла. Затем полученную смесь подвергают экспозиции в течение 20 минут и направляют на разделение фаз «гидратированное соевое масло - фосфолипидная эмульсия». Гидратированное масло и фосфолипидную эмульсию сушат по известным режимам.
Параллельно осуществляют гидратацию известным способом.
Основные показатели масел, полученных по заявляемому и известному способам, приведены в таблице 2.
Как видно из данных таблиц, степень гидратации при осуществлении ее заявляемым способом увеличивается на 14,4-43,9% по сравнению с известным способом, цветное число гидратированного масла снижается на 14-25 мг J 2 , а кислотное число на 0,45-0,50 мг КОН/г.
Таким образом, заявляемый способ гидратации растительного масла позволяет получить высококачественные гидратированные масла.
Способ гидратации растительного масла, включающий смешивание нерафинированного масла с гидратирующим агентом, экспозицию полученной смеси, последующее разделение смеси на гидратированное масло и фосфолипидную эмульсию, сушку гидратированного масла и фосфолипидной эмульсии, отличающийся тем, что в качестве гидратирующего агента используют смесь, состоящую из белков, полученных из зерна злаковых, фосфолипидов, полученных из растительного масла и воды, при соотношении по массе (1:2:100)÷(1:3:100) соответственно, в количестве 1-4% к массе нерафинированного растительного масла.
Соевое масло - жидкое растительное масло, получаемое из семян сои.
Соевое масло вырабатывается прессованием или экстракцией из семян сои. В зависимости от способа обработки соевое масло подразделяют на виды: гидратированное 1-го и 2-го сортов, рафинированное неотбеленное, рафинированное отбеленное, рафинированное дезодорированное. Для предприятий общественного питания предназначается соевое масло гидратированное 1-го сорта (прессовое), рафинированное дезодорированное и рафинированное неотбеленное (прессовое).
Все виды соевого масла должны быть прозрачными, в гидратированном масле 2-го сорта допускается легкое помутнение. Рафинированное дезодорированное соевое масло имеет вкус обезличенного масла, без запаха, остальные виды должны иметь свойственные соевому маслу вкус, запах, без посторонних запаха и привкуса. Содержание токсических элементов, пестицидов, микотоксинов в рафинированном дезодорированном масле подсолнечном и кукурузном марки Д и П, а также в прессовом подсолнечном масле, соевом, предназначенных для непосредственного употребления в пищу, не должно превышать допустимые уровни, утвержденные Министерством здравоохранения. Сырое соевое масло имеет коричневый с зеленоватым оттенок, а рафинированное - светло-желтый. Соевое масло употребляют в пищу и как сырьё для производства маргарина. В пищу используется только рафинированное масло. Соевое масло используется так же, как и подсолнечное. В готовке лучше подходит для овощей, чем для мяса.
Соевое масло содержит рекордное количество витамина Е 1 (токоферола), который участвует в образовании мужского семени. На 100 г масла приходится 114 мг витамина. Для примера: в таком же количестве подсолнечного масла токоферола всего 67 мг, в оливковом и вовсе 13. Витамин E1 полезен и женщинам. Он способствует нормальному течению беременности и развитию плода. Кроме того, токоферол помогает бороться со стрессами, предупреждает сердечно-сосудистые заболевания и расстройства почек.
Из всех растительных масел соевое обладает самой высокой биологической активностью и усваивается организмом на 98%. Соевое масло содержит жизненно необходимые ненасыщенные жирные кислоты, токоферол, являющийся природным антиоксидантом, и лецитин, регулирующий обмен холестерина. Линолевая и линоленовая кислоты, подобно аминокислотам, не синтезируются организмом человека и потому являются незаменимыми. Соевое масло улучшает обмен веществ, укрепляет иммунную систему.
В зависимости от способа обработки и показателей качества соевое масло подразделяют на виды и сорта, указанные в таблице 1.
Таблица 1 - Виды и сорта соевого масла
Для торговой сети и предприятий общественного питания предназначается соевое масло: гидратированное первого сорта (прессовое); рафинированное неотбеленное (прессовое); рафинированное дезодорированное.
Соевое масло фасуют:
- - в стеклянные бутылки типов IX и XVI массой нетто 500 и 700 г;
- - в бутылки из окрашенных (или неокрашенных) полимерных материалов, разрешенных к применению органами Госсанэпиднадзора, массой нетто 470, 575 и 1000 г.
Допустимые отклонения от массы нетто, г:
+/- 10 - при фасовании 1000 г;
+/- 5 - при фасовании от 470 до 700 г включительно.
Стеклянные бутылки с соевым маслом должны быть герметично укупорены колпачками из алюминиевой фольги по ГОСТ 745 с картонной уплотнительной прокладкой с целлофановым покрытием или колпачками из целлулоида или пластических масс, разрешенных органами. Бутылки из полимерных материалов укупоривают колпачками из полиэтилена высокого давления низкой плотности по нормативному документу или заваривают.
Бутылки с соевым маслом упаковывают в деревянные многооборотные ящики и пластмассовые многооборотные ящики для бутылок.
Бутылки из полимерных материалов упаковывают также в ящики из гофрированного картона.
Для местной реализации допускается упаковывание бутылок в проволочные многооборотные ящики, а также в тару-оборудование.
Применение других видов упаковок, разрешенных органами санэпиднадзора для растительных масел, не является браковочным фактором. При этом маркировка таких упаковок должна соответствовать требованиям настоящего стандарта. Нефасованное соевое масло наливают в алюминиевые фляги с уплотняющими кольцами из жиростойкой резины и других материалов, разрешенных органами Госсанэпиднадзора в установленном порядке, и в бочки стальные неоцинкованные для пищевых продуктов, а рафинированное отбеленное, рафинированное неотбеленное и гидратированное соевое масло по согласованию с потребителем наливают в тару потребителя, пригодную для перевозки растительных масел автотранспортом.
Рафинированное дезодорированное соевое масло наливают в стальные неоцинкованные бочки для пищевых продуктов, а также в алюминиевые фляги - только по согласованию с потребителем.
Соевое масло упаковывают по видам и сортам.
Тара, применяемая для упаковывания соевого масла, должна быть чистой, сухой и не иметь посторонних запахов.
Бочки и фляги для рафинированного дезодорированного соевого масла должны быть тщательно зачищены от остатков хранившегося в них масла, пропарены, вымыты и высушены.
Маркировка
На каждую бутылку с соевым маслом должна быть наклеена красочно оформленная этикетка, на которую наносят маркировку, содержащую:
- - вид и сорт масла;
- - гарантийный срок хранения;
- - массу нетто, г;
- - дату розлива;
- - калорийность 100 г масла (рафинированного - 899 ккал, гидратиро-ванного - 898 ккал);
- - срок годности;
- - информацию о сертификации;
Маркировку способом тиснения или с помощью излучения импульсно-периодического лазера наносят непосредственно на бутылку из полимерных материалов.
Дату розлива соевого масла проставляют компостером на этикетке, тиснением на колпачке, лазером или любым другим способом, обеспечивающим четкое ее обозначение.
На каждую упаковочную единицу с маслом дополнительно наносят маркировку, характеризующую продукцию:
- - наименование предприятия-изготовителя, его местонахождение и его товарный знак;
- - вид и сорт масла;
- - количество бутылок в единице упаковки или массу нетто для нефасованного масла;
- - дату налива для бочек и фляг или дату розлива для бутылок;
- - срок годности;
- - информацию о сертификации;
- - обозначение настоящего стандарта.
При упаковывании бутылок с маслом в открытые ящики маркировка ящиков не производится.
Соевое масло в бутылках должно храниться в закрытых затемненных помещениях, во флягах и бочках - в закрытых помещениях.
Соевое масло – представляет собой концентрированный источник энергии (калорий), хорошо усвояемый, имеющий в своем составе большое количество полиненасыщенных жирных кислот, таких как линолевая и линоленовая, объёдиненных под общим названием витамина F . Эти кислоты являются не заменимыми, они не могут быть синтезированы в организме человека и должны поступать с пищей. Витамин F способен снизить уровень холестерина в крови и предотвратить развитие атеросклероза, обладает антиаритмическим и кардиопротекторным действием благодаря своей способности разжижать кровь и снижать давление. Витамин F еще называют «витамином красоты» из-за его благотворного влияния на эластичность и упругость кожи и здоровье волос, помогает сжигать насыщенные жиры в организме, тем самым, способствуя снижению массы тела. Кроме этого, соевое масло содержит природный антиоксидант, представленный витамином Е. Энергетическая ценность соевого масла составляет 9 ккал/г или 120 ккал на 1 столовую ложку (14 г). Национальный Исследовательский Совет, ФАО и Всемирная организация здравоохранения рекомендуют, чтобы 24% килокалорий поступало в виде незаменимых жирных кислот. Столовая ложка соевого масла (14 г) обеспечивает дневную потребность здорового ребенка или взрослого человека в незаменимых жирных кислотах.
ООО "Амурагроцентр" производит натуральное высококачественное масло из семян сои, выращенных на полях Амурской области, качество которых признано одним из самых лучших в мире.
Используя высококачественное сырье и современное оборудование, мы производим следующие виды продукции:
- гидратированное соевое масло;
- рафинированное дезодорированное соевое масло.
Рафинированное дезодорированное соевое масло торговых марок (ТМ) "Знатное семейство", "Ладица", "Филевское" фасуется в ПЭТ бутылки 1, 2 и 5 литров:
Масло соевоеТМ "Знатное семейство" |
Масло соевоеТМ "Ладица" |
Масло соевоеТМ "Филевское" |
 |
 |
|
|
Срок хранения 15 месяцев |
100% соевое рафинированное дезодорированное масло. Срок хранения 15 месяцев 0.92 л., 4.78 л. |
100% соевое рафинированное дезодорированное масло. Срок хранения 15 месяцев 1 л., 2 л., 5 л. |
Рафинированное дезодорированное масло указанных торговых марок подходит для заправки салатов, жарки и тушения, выпечки, фритюра и консервирования.
Качество и безопасность соевого масла соответствует требованиям Технического регламента Таможенного союза 024/2011
Система менеджмента, распространяющаяся на производство данной продукции, сертифицирована и соответствует требованиям ГОСТ Р ИСО 22000-2007 (ISO 22000:2005).
Отгрузка осуществляется:
- наливом в ж/д цистерны, автоцистерны;
- наливом во флекситанки;
- наливом в бочки ПВХ объемом 220 л.;
- автомобильным транспортом, крытыми вагонами, ж/д контейнерами.
АННОТАЦИЯ
В работе исследована переработка соевого масла с целью получения фосфотидного концентрата и гидрированного жира. Определены оптимальные режимы процессов гидратации и гидрогенизации соевого масла. Разработаны рецептуры маргарина из местного жирового сырья: соевого масла, хлопкового масла и их саломасов, а также исследованы физико-химические показатели полученного маргарина.
ABSTRACT
In the work investigated the processing of soybean oil in order to obtain a phosphotide concentrate and hydrogenated fat. The optimal modes of water degumming and hydrogenation processes of soybean oil are determined. Developed the formulation of margarine from local fatty materials: soybean oil, cottonseed oil and their hydrogenated oils, and also investigated the physico-chemical parameters of the obtained margarine.
Ключевые слова: соевое масло, хлопковое масло, маргарин, саломас, янтарная кислота, жирнокислотный состав, ненасыщенные жирные кислоты, структурообразователь, диетический маргарин.
Keywords: margarine, hydrogenated oil, succinic acid, fatty acid composition, unsaturated fatty acids, structure- forming agent, dietary margarine.
Соевые бобы выращиваются в нескольких странах мира, и получают из них соевое масло. Восточная Азия является родиной сои, и она была важной частью рациона питания в течение многих столетий. Соя выращивалась в Узбекистане уже с 1932 г., но оставалась сельскохозяйственной диковинкой и имела незначительные урожаи в течение более чем полувека. В настоящее время началось выращивание сои на государственном уровне .
Соевое масло получают из семян сои прессованием или экстракцией. Наряду с маслом важными компонентами семян сои являются белки (30-50%) и фосфатиды (0,55-0,60%).
Соевое масло широко используется в пищевой промышленности, а также в домашнем хозяйстве для заправки салатов из сырых или вареных овощей (содержание ненасыщенных жирных кислот в нем около 60%). В промышленных масштабах его часто используют в качестве сырья для производства маргарина и майонеза. Соевое масло содержит линоленовую, линолевую, олеиновую, арахиновую, пальмитиновую, стеариновую жирные кислоты, витамины Е, В 4 , K, а также минеральные элементы .
Известно, что полиненасыщенные жирные кислоты избавляют организм от плохого холестерина. Кроме того, соевое масло богато фитоэстрогенами (растительные гормоны), которые оздоровляют флору желудочно-кишечного тракта. Соевое масло нормализует процессы свертывания крови, обогащает организм железом. Соевое масло является источником лецитина, который широко применяют в пищевой и фармацевтической промышленности .
Сначала исследована гидратация соевого масла в лабораторных условиях и получен фосфатидный концентрат.
При производстве диетических маргаринов, майонезов, комбинированных масел и спредов в качестве эмульгатора и пищевых биологически активных добавок применяются пищевые растительные фосфолипиды .
Фосфолипиды извлекаются из жидких растительных масел (соевое, подсолнечное, рапсовое, кукурузное) путем гидратации с целью производства самостоятельных продуктов, называемых фосфатидными концентратами, различного состава и свойств. Из-за дифильного характера молекул фосфолипидов они являются поверхностно-активными веществами (ПАВ).
С целью установления оптимальных условий гидратации и определения оптимального количества воды мы провели комплекс исследований по гидратации соевого масла.
В опытах использованы нерафинированное форпрессовое соевое масло со следующими показателями: кислотное число – 2,5 мг КОН, цветное число – 50 мг йода, массовая доля влаги и летучих веществ – 0,2%, массовая доля нежировых примесей (отстой на массе) – 0,2%. Для определения влияния количества воды на показатели масла применяли следующие количества воды: 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0%.
В таблице 1 приведены результаты опытов, из которых следует, что с увеличением количества воды уменьшается кислотное число гидратированного соевого масла и увеличивается выход гидратированного осадка.
Таблица 1.
Влияние количества воды на показатели форпрессового соевого масла
| № | Количество воды, % | Кислотное число, мг КОН | Влажность, % | Выход, % | |
| Гидратационного осадка | Масла | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 1 | 1,0 | 1,98 | 0,04 | 2,91 | 95,93 |
| 2 | 2,0 | 1,94 | 0,04 | 3,93 | 96,42 |
| 3 | 3,0 | 1,87 | 0,05 | 4,52 | 96,71 |
| 4 | 4,0 | 1,79 | 0,05 | 5,84 | 95,81 |
| 5 | 5,0 | 1,66 | 0,06 | 6,91 | 95,31 |
| 6 | 6,0 | 1,64 | 0,06 | 7,43 | 94,89 |
С увеличением количества воды с 1,0 до 3% выход гидратированного масла увеличивается с 95,93% до 96,71% и выход гидратационного осадка – с 2,91% до 4,52%. Однако дальнейшее увеличение количества воды с 4 до 6% приводит к снижению выхода гидратационного масла с 95,81 до 94,89%, а выход гидратационного осадка увеличивается с 5,49 до 6,95%. При проведении экспериментов кислотное число гидратированного масла снижается с 1,98 до 1,64 мг КОН, а влажность масла увеличивается с 0,04 до 0,06%.
На основании проведенных исследований пришли к заключению, что оптимальное количество воды для гидратации соевого масла составляет 2-3%.
При гидратации нерафинированных растительных масел наряду с гидратированным маслом получают осадок, называемый фосфатидная эмульсия. Фосфатидная эмульсия состоит из воды, фосфолипидов и увлеченного в осадок растительного масла. После сушки фосфатидной эмульсии в вакууме получают фосфатидный концентрат.
Для получения фосфолипидного концентрата мы исследовали режимы сушки фосфолипидной эмульсии. Фосфолипидную эмульсию, полученную после гидратации, сушили в лабораторной установке при температурах 60-90ºC. При этом изучали влияние температуры процесса на длительность сушки. Высушивание фосфолипидной эмульсии проводили до достижения фосфатидного концентрата с содержанием влаги до 1-3%. Результаты опытов представлены на рисунке 1.
Рисунок 1. Влияние температуры процесса сушки фосфолипидного концентрата на его продолжительность
Показано, что сушка при температуре 70-90ºС в течение 30-50 мин. обеспечивает снижение влажности до значений, регламентированных ГОСТ.
Повышение температуры при сушке фосфолипидной эмульсии способствует усилению окислительных процессов. Протекание окислительных процессов контролировали путем определения перекисного числа получаемого фосфатидного концентрата. Установлено, что при температуре выше 80°С значительно повышается скорость окислительных процессов, т. е. происходит возрастание перекисного числа концентрата (рис. 2).
/Salidjanova.files/image002.png)
Рисунок 2. Влияние температуры сушки фосфолипидной эмульсии на перекисное число
Таким образом, были установлены следующие оптимальные режимы сушки фосфолипидной эмульсии: температура – 70-80 о С, остаточное давление – 5 кПа, продолжительность сушки – 50 минут.
В результате исследования физико-химических показателей фосфатидного концентрата были получены следующие результаты: цветное число – 12 мг йода, содержание влаги и летучих веществ – 0,9%, содержание фосфатидов – 55,0%, содержание масла – 43,0%, содержание веществ, не растворимых в этиловом эфире – 2,5%, кислотное число масла, выделенного из фосфатидного концентрата, – 8 мг КОН, перекисное число – 3,4 моль актив. кислорода/кг.
Установлено, что показатели качества полученного фосфатидного концентрата соответствуют требованиям ГОСТа и он является конкурентоспособным по отношению к импортному фосфатидному концентрату.
Маргарин – эмульсия обратного типа, состоящая из воды и жира. Основным сырьем для маргарина являются растительные масла в жидком и гидрированном виде, а также животные жиры. Наиболее широко применяются подсолнечное, хлопковое и соевое масла.
Незаменимые полиненасыщенные жирные кислоты, фосфатиды (полученные с помощью гидратации из растительных масел), витамины в составе маргарина определяют его пищевую и биологическую ценность.
Жирнокислотный состав маргарина определяет его назначение. Так, например, в жирнокислотном составе диетического маргарина для лиц пожилого возраста с нарушенным липидным обменом должна содержаться линолевая кислота на уровне 50%. В зависимости от целевых назначений диетического маргарина вводятся фосфатиды и витамины в определенном количестве.
На основе вышеописанных данных мы разработали рецептуры маргарина из местного жирового сырья: соевого, хлопкового масел и их саломасов, а также исследовали физико-химические свойства полученного маргарина.
Основным сырьем для производства маргарина является пищевой саломас. Саломас – продукт, получаемый путем гидрогенизации растительных масел и животных жиров.
Путем частичного (селективного) гидрирования растительных масел и их смесей с животными жирами получают пластичные жиры, с температурой плавления 31-34 о С, твердостью 160-320 г/см и йодным числом 62-82, предназначенные для использования в качестве основного (структурирующего) компонента маргаринов и кулинарных жиров.
Гидрогенизация соевого масла является одним из перспективных способов производства твердых саломасов пищевого и технического назначения. Для осуществления данного процесса предложены различные виды катализаторов: никелевые, никель-медные и никель-хромовые.
Гидрогенизация соевогомасла относится к сложным гетерогенным каталитическим процессам, где наряду с насыщением этиленовых связей водородом протекает множество побочных реакций, влияющих на качество целевого продукта с заданными свойствами. При использовании сравнительно активных катализаторов наблюдается характерное для гидрирования соевого масла «отставание» температуры плавления и в особенности твердости саломаса от степени его ненасыщенности. Кроме того, из-за высокой ненасыщенности масла продолжительность процесса гидрогенизации увеличивается.
Для устранения этих недостатков и увеличения скорости гидрирования целесообразно гидрировать в виде его смесей с другими маслами, например с хлопковым. Кроме того, известно, что пассивированные катализаторы обладают наибольшей изомеризующей способностью в отношении мононенасыщенных кислот. Это способствует получению гидрогенизата с высокой твердостью. Поэтому гидрировали смеси соевого (йодное число 137,1 J 2 %) и хлопкового (йодное число 108,5 J 2 %) масел в присутствии высокоактивного (N-820) и пассивированного (N-210) никелевого катализатора при температуре 180-200 о С. Количество катализатора и продолжительность процесса при гидрировании составляло соответственно 0,1%, 0,2% и 90 мин. Полученные саломасы для отделения катализатора фильтровались через бумажный фильтр при температуре 80 о С. Результаты опытов представлены в табл. 2.
Таблица 2.
Влияние состава масла и активности катализатора на физико-химические показатели гидрогенизатов
Массовая доля соевого масла в смеси, % | Йодное число, % J 2 | Температура плавления, о С | Кислотное число, мг КОН |
| Катализатор - N-820 | |||
| 5 | 54,4 | 44,2 | 0,94 |
| 10 | 56,2 | 42,6 | 1,23 |
| 20 | 59,7 | 38,2 | 0,96 |
| 30 | 63,3 | 35,6 | 1,34 |
| 40 | 67,7 | 31,1 | 1,28 |
| 50 | 73,4 | 28,6 | 1,08 |
| 60 | 78,8 | 26,2 | 1,26 |
| Катализатор - N-210 | |||
| 5 | 60,6 | 38,6 | 0,82 |
| 10 | 63,3 | 38,8 | 1,13 |
| 20 | 65,8 | 36,5 | 0,98 |
| 30 | 66,8 | 35,8 | 1,03 |
| 40 | 73,4 | 32,4 | 1,18 |
| 50 | 78,2 | 30,1 | 0,92 |
| 60 | 85,3 | 28,6 | 1,15 |
Как свидетельствуют данные табл. 2, с повышением массовой доли соевого масла в смеси от 5 до 30 снижается температура плавления саломаса. Следует отметить, что саломасы, полученные в присутствии пассивированного катализатора, имеют низкую температуру плавления и кислотного числа в отличие от полученных на высоком активном катализаторе. Кроме того, использование пассивированного катализатора способствует повышению селективности процесса гидрирования.
Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что гидрирование соевого масла и его смеси с хлопковым маслом в присутствии пассивированного никелевого катализатора дает возможность получения пищевого саломаса, отвечающего требованиям ГОСТа.
При длительном хранении стойкость маргаринов тесно связана с их консистенцией, в частности со степенью дисперсности влаги в продукте. Высокая степень дисперсности влаги и воздуха в таких продуктах может быть достигнута только при использовании эмульгаторов и стабилизаторов структуры. Поверхностное окисление маргарина, или, как говорят, штафф, ухудшает внешний вид, вкус и запах продуктов.
Новые разновидности таких продуктов можно разделить на виды, при выработке которых не используют эмульгаторы и стабилизаторы структуры, маргаринов, в состав которых вводят структурообразователи.
Для улучшения качества маргаринов и повышения термоустойчивости продукта рекомендуется использовать структурообразователи – низкойодные саломасы. Низкойодные саломасы повышают прочность кристаллической решетки продукта, способствуют удерживанию низкоплавких жировых фракций. Это позволяет вырабатывать термоустойчивое масло, которое даже при повышенных режимах хранения и реализации продукции сохраняет свой товарный вид.
Низкойодные саломасы часто называют полностью гидро-генизированными твердыми жирами, или стеаринами, однако нормативные документы требуют нулевого значения йодного числа лишь для полностью насыщенных жиров. Поскольку для проведения гидрогенизации этих жиров единственным критерием является активность катализатора, можно применять повторно используемый катализатор. Обычно для максимального ускорения реакции используют высокое давление и высокую температуру. Однако получение низкойодного саломаса является очень трудоемким, особенно от высоконенасыщенного соевого масла. Поэтому мы исследовали получение низкойодного саломаса из хлопкового масла.
Для получения низкойодного саломаса осуществляется глубокое гидрирование хлопкового масла на порошкообразных никелевых катализаторах путем дробной подачи катализатора.
Поэтому с целью интенсификации процесса гидрогенизации и стабилизации активности катализатора хлопковое масло (йодное число – 108,5 J 2 %, цветность – 8 кр. ед., кислотное число – 0,2 мг КОН/г, содержание влаги летучих веществ – 0,2%,) гидрировали с вводом катализатора в два этапа, т. е. производили дробную подачу. Гидрирование проводилось при температуре 180 о С, при атмосферном давлении водорода и скорости подачи водорода на барботаж 3 л/мин. в течение 3 ч. При этом количество N-820 катализатора в пересчете на никель составляло 0,2% от массы масла. Загрузка катализатора в начале процесса составляла 50-60%, а через час, во втором этапе, остальные 40-50% от общего количества подаваемого катализатора. Йодное число сырья и гидрогенизата определяли рефрактометрическим методом, а температуру плавления и кислотное число масла – по известной методике .
Как показали полученные результаты, дробная загрузка катализатора позволяет в лабораторных условиях сократить в 1,4-1,7 раза длительность глубокого гидрирования хлопкового масла при получении низкойодного и высокотитрового саломаса. Полученные саломасы по йодному числу (5-8 J 2 %) и температуре плавления (не ниже 60 о С) отвечают требованиям, предъявляемым к низкойодному саломасу – сырью для использования как структурообразователя при производстве маргарина.
На основе полученных в лабораторных условиях компонентов мы проводили исследования для создания рецептуры диетического маргарина с оптимизированными свойствами. В исследовании использованы пищевой саломас, саломас из смеси хлопкового и соевого масел, хлопковый пальмитин, соевое и хлопковое масла, эмульгатор, фосфатидный концентрат и другие компоненты. Из-за введения молока и высоконенасыщенного соевого масла в рецептуру добавляют лимонную кислоту. Также добавляют янтарную кислоту для повышения дисперсности и стабильности к окислению маргарина.
Предлагаемый рецепт маргарина показан в таблице 3.
Таблица 3.
Рецептура маргарина
Компоненты маргарина | Образцы | ||
| 1 | 2 | 3 | |
Саломас, Т пл 31-34 о С, твердость 160-320 г/см | 30 | 20 | 15 |
| Саломас, Т пл 35-36 о С, твердость 350-410 г/см | 15 | 10 | 5 |
| Саломас из смеси хлопкового и соевого масел | 6 | 10 | 15 |
| Пальмитин хлопковый Т пл 20-25 о С | - | 10 | 15 |
| Соевое масло | 15 | 15 | 15 |
| Хлопковое масло | 15 | 15 | 15 |
| Структурообразователь (глубокогидрированное масло) | - | 1 | 1 |
| Краситель | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| Эмульгатор | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
| Молоко | 10 | 10 | 10 |
| Соль | 0,35 | 0,35 | 0,35 |
| Концентрат фосфатидный пищевой | 2,0 | 2,0 | 2,0 |
| Сахар | 0,3 | 0,3 | 0,3 |
| Янтарная кислота | 0,05 | 0 | 0,03 |
| Лимонная кислота | 0 | 0,05 | 0,02 |
| Вода | 6 | 6 | 6 |
| Всего | 100 | 100 | 100 |
| Массовая доля жира, % не менее | 82 | 82 | 82 |
На основе составленной рецептуры приготовлен маргарин в лабораторных условиях. Для этого смесь рецептурных компонентов перемешивают до получения однородной эмульсии и переохлаждают.
Полученный маргарин обладает высокой пластичностью, большей степенью дисперсности, технологичностью, стойкостью, стабильностью к окислению. Кроме того, добавление пищевых растительных фосфолипидов и янтарной кислоты повышает пищевую ценность предлагаемого маргарина.
В результате проведенных экспериментов было установлено, что использование в составе маргарина структурообразователя – глубокогидрированного хлопкового масла, подобранного его количественного содержания и растительных масел дало возможность частичного вывода из рецептуры маргарина саломаса (гидрированного жира), что позволило получить продукт с низким содержанием транс-изомеров.
Список литературы:
1. Лабораторный практикум по технологии переработки жиров. – 2-е изд., перераб. и доп. / Н.С. Арутюнян, Л.И. Янова, Е.А. Аришева и др. – M.: Агропромиздат, 1991. – 160 с.
2. Петибская В.С. Соя: химический состав и использование. – Майкоп: Полиграф-ЮГ, 2012. – С. 432.
3. Постановление Президента Республики Узбекистан от 14 марта 2017 года № ПП-2832 «О мерах по организации посева сои и увеличению возделывания соевых бобов в республике на 2017-2021 годы» // Все законодательсвто Узбекистана [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://nrm.uz/contentf?doc=509888_&products=1_vse_zakonodatelstvo_uzbekistana (дата обращения: 10.12.2018).
4. Практическое руководство по переработке и использованию сои / Под ред. Д. Эриксона; пер с англ. – М.: Макцентр, 2002. – С.659
5. Терещук Л.В., Савельев И.Д., Старовойтова К.В. Эмульгирующие системы в производстве молочно-жировых эмульсионных продуктов // Техника и технология пищевых производств. – 2010. – № 4. – С.108
На правах рукописи
ДУБРОВСКАЯ Ирина Александровна
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ГИДРАТАЦИИ СОЕВЫХ МАСЕЛ С ПОЛУЧЕНИЕМ ЛЕЦИТИНОВ
Специальность: 05.18.06 – Технология жиров, эфирных масел и
парфюмерно-косметических продуктов
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Краснодар - 2013
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО
«Кубанский государственный технологический университет»
| Научный руководитель: | доктор технических наук, профессор Герасименко Евгений Олегович |
| Официальные оппоненты: | Красильников Валерий Николаевич, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технологии и организации питания ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный торгово-экономический университет» Прудников Сергей Михайлович, доктор технических наук, профессор, заведующий отделом физических методов исследования ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур» Россельхозакадемии им. В.С. Пустовойта |
Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий».
Защита состоится 24 декабря в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.03 при Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд.Г-248
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»
Ученый секретарь
диссертационного совета,
кандидат технических. наук, доцент М.В. Филенкова
1 Общая характеристика работы
1.1 Актуальность темы . Доктрина продовольственной безопасности РФ на период до 2020 года предусматривает развитие фундаментальных и прикладных научных исследований, а также внедрение инновационных технологий комплексной глубокой переработки продовольственного сырья функционального и специализированного назначения.
В масложировой отрасли указанный подход наиболее полно реализован при переработке семян сои, являющейся исходным сырьем для получения растительного масла, белка и лецитина.
Следует отметить, что соевые белки и лецитины превалируют среди других аналогов растительного происхождения. Несмотря на это, многие производители отказываются от использования соевых белков и лецитинов в производстве продуктов функционального и специализированного назначения, так как около 80% сои является генномодифицированной.
В настоящее время Россия остается одной из немногих стран, культивирующих сорта сои не подергавшихся генетической модификации. Однако, большинство технологий, используемых отечественными производителями, не соответствует критериям глубокой переработки, что, прежде всего, касается низкой эффективности технологий рафинации соевых масел, не обеспечивающих получения конкурентоспособных лецитинов.
В качестве пищевой добавки лецитины широко используются в производстве различных пищевых продуктах. Вместе с тем развитие современных пищевых технологий обусловливает возрастание потребности в лецитинах, обладающих направленными технологически-функциональными свойствами. Решение задачи путем получения фракционированных лецитинов предполагает организацию отдельного производства, требующего использования дорогостоящих оборудования и расходных материалов, в том числе пожаро- и взрывоопасных растворителей.
Таким образом, совершенствование технологии гидратации соевых масел с получением конкурентоспособных лецитинов, обладающих направленными технологически-функциональными свойствами, является актуальным.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР «Разработка комплексных экологически безопасных ресурсосберегающих технологий переработки растительного и животного сырья с применением физико-химических и биотехнологических методов с целью получения БАД, парфюмерно-косметических средств и продуктов питания функционального и специализированного назначения» на 2011-2015 годы (шифр работы 1.2.11-15, № госрегистрации 01201152075).
1.2 Цель работы : совершенствование технологии гидратации соевых масел с получением лецитинов.
1.3 Основные задачи исследования:
Анализ научно-технической литературы и патентной информации по теме исследований;
Выбор и обоснование объектов исследования;
Исследование особенностей химического и группового состава фосфолипидного комплекса масел, полученных из семян сои современных сортов;
Теоретическое и экспериментальное обоснование способа гидратации соевых масел с получением фракционированных лецитинов обладающих технологически-функциональными свойствами;
Теоретическое и экспериментальное обоснование способа получения гидратируемых фосфолипидов с повышенным содержанием фосфатидилхолинов;
Разработка методов оценки эффективности образования комплексных соединений фосфолипидов с металлами;
Теоретическое и экспериментальное обоснование способа выведения из масла комплексных соединений фосфолипидов с металлами;
Разработка структурной и технологической схемы гидратации масел с получением фракционированных лецитинов;
Изучение показателей качества и безопасности полученных продуктов;
Оценка экономической эффективности разработанной технологии.
1.4 Научная новизна работы . Установлено, что нерафинированные масла, полученные из семян сои современных сортов, являются перспективным сырьем для получения конкурентоспособных лецитинов, обладающих направленным эмульгирующим действием.
Впервые выявлена зависимость критической концентрации воды в системе «триацилглицерины (ТАГ) – фосфолипиды - вода» от массовой доли фосфолипидов в системе и температуры.
Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что при добавлении растворов хлоридов Ca и Mg к нерафинированному соевому маслу происходит образование устойчивых комплексных соединений фосфолипидов с металлами, что приводит к снижению их гидратируемости, при этом фосфатидилхолины не участвуют в реакциях комплексообразования.
Показано, что при образовании комплексов фосфолипидов с металлами происходит смещение динамического равновесия в сторону снижения порядка ассоциатов фосфолипидов, при увеличении их количества, что обуславливает увеличение электропроводности системы.
Выявлено, что при введении воды в нерафинированное соевое масло, предварительно обработанное растворами хлоридов Ca и Mg, происходит преимущественная гидратация фосфатидилхолинов, при этом их удельной содержание в гидратируемой фракции достигает 50%.
Показано, что введение концентрированного раствора лимонной кислоты в гидратированное соевое масло, предварительно обработанное растворами хлоридов Ca и Mg, приводит к разрушению ранее образованных комплексов фосфолипидов с металлами и увеличению их гидратируемости.
1.5 Практическая значимость . На основе выполненных исследований разработана технология гидратации соевого масла с получением фракционированных лецитинов, обладающих направленными технологически-функциональными свойствами. Разработаны ТУ и ТИ на производство фракционированных лецитинов ФХ-50 и ФЭА-30 и на производство гидратированного масла.
1.6 Реализация результатов исследования. Разработанная технология получения фракционированных лецитинов принята к внедрению на ООО «Центр Соя» в III квартале 2014 года.
Экономический эффект от внедрения разработанной технологии составит более 24 млн при переработке 82500 тонн соевого масла в год.
1.7 Апробация работы . Основные положения диссертационной работы были представлены на: Международной научно - практической конференции «Комплексное использование биоресурсов: малоотходные технологии», КНИИХП РАСХН, г. Краснодар, март 2010г; Международной научно-практической конференции «Инновационные пути в разработке ресурсо-сберегающих технологий производства и переработки сельскохозяйственной продукции», ГНУ НИИММП РАСХН г. Волгоград июнь 2010 г; Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Кадровое обеспечение развития инновационной деятельности в России», Москва, Ершово, октябрь 2010г; IV Всероссийской научно-практической конференции ученых и аспирантов вузов «Региональный рынок потребительских товаров: особенности и перспективы развития, формирование конкуренции, качество и безопасность товаров и услуг», Тюмень, 2011г; Международной научно-практической конференции «Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья», КНИИХП РАСХН, г. Краснодар, июнь 2011г; ХI международной конференции «Масложировая индустрия-2011», г.Санкт-Петербург, октябрь 2011г; Международной научно-практической конференции «Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья», КНИИХП РАСХН, г. Краснодар, май 2012г; VI Международной конференции «Перспективы развития масложировой отрасли: технологии и рынок», Украина, АР Крым, г.Алушта, май 2013.
1.8 Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 9 материалов и тезисов докладов, получен 1 патент на изобретение.
1.9 Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, методической части, экспериментальной части, выводов, списка литературы и приложений. Основная часть работы выполнена на 123 страницах машинописного текста, включает 30 таблиц и 23 рисунка. Список литературы включает 84 наименования, из них 12 на иностранных языках.
2 Экспериментальная часть
2.1 Методы исследования . При проведении экспериментальных исследований использовали методы, рекомендуемые ВНИИЖ, а также современные методы физико-химического анализа, позволяющие получить наиболее полную характеристику изучаемых фосфолипидов и масел: методы спектрального анализа (ИК, УФ), хроматографии (ТСХ, ГЖХ).
Гидратируемые и негидратируемые фосфолипиды выделяли из масел диализом.
Физико-химические показатели жидких лецитинов определяли по ГОСТ Р 53970-2010 «Добавки пищевые. Лецитины Е322. Общие технические условия».
Оценку статистической достоверности результатов проводили по известным методикам с использованием пакетов прикладных программ «Статистика», «Math Cad» и «Excel».
Структурная схема исследования приведена на рисунке 1.
2.2 Характеристика объектов исследования . В качестве объектов исследования были выбраны масла, полученные из производственной смеси семян сои современных сортов отечественной селекции «Вилана», «Лира», «Альба», культивируемых на территории Краснодарского края.
В таблице 1 представлены физико-химические показатели нерафинированных соевых масел.
Рисунок 1 – Структурная схема исследования
Показано, что исследуемые образцы нерафинированных соевых масел соответствуют требованиям ГОСТ Р 53510-2009 к физико-химическим показателям
нерафинированных масел 1 сорта и содержат достаточно большое количество негидратируемых фосфолипидов.
Таблица 1 – Физико-химические показатели нерафинированных соевых масел
| Наименование показателя | Значение показателя | Требования ГОСТ Р 53510-2009 к маслу нерафинированному первого сорта |
| Кислотное число, мг КОН/г | 2,24-3,12 | Не более 6,0 |
| Массовая доля, %: нежировых примесей | 0,08-0,10 | Не более 0,20 |
| фосфолипидов в пересчете на стеароолеолецитин, % | 1,98-2,28 | Не более 4,0 |
| в том числе негидра-тируемых | 0,35-0,42 | Не нормируется |
| влаги и летучих веществ, % | 0,08-0,11 | Не более 0,30 |
| 4,90-5,23 | Не более 10,0 |
2.3 Исследование состава фосфолипидного комплекса. Одной из основных характеристик, определяющих технологически функциональные свойства лецитинов, в том числе вид стабилизируемых водно-жировых эмульсий (прямые или обратные), является соотношение фосфатидилхолины/фосфатидилэтаноламины (ФХ/ФЭА).
Усредненный групповой состав фосфолипидного комплекса соевого масла современных сортов отечественной селекции представлен в таблице 2.
Таблица 2 – Групповой состав фосфолипидного комплекса соевого масла
Показано, в фосфолипидном комплексе соевого масла соотношение ФХ/ФЭА составляет 1,15:1, что свидетельствует об отсутствии выраженных направленных технологически функциональных свойств.
Эффективным решением изменения группового состава фосфолипидного комплекса без использования химической модификации является фракционирование с использованием селективных растворителей. Предлагаемый нами инновационный подход к технологии получения фракционированных лецитинов, обогащенных определенной технологически функциональной группой фосфолипидов (ФХ или ФЭА), состоит в их селективном выведении на стадии гидратации.
В целях обоснования указанного подхода изучали особенности группового и химического состава гидратируемых и негидратируемых фракций фосфолипидного комплекса соевых масел отечественной селекции. Результаты представлены в таблицах 3 и 4.
Таблица 3 - Групповой состав гидратируемых и негидратируемых фосфолипидов
| Массовая доля, % к общему содержанию фосфолипидов | ||
| гидратируемые | негидратируемые | |
| Фосфатидилхолины | 32 | отсутствие |
| Фосфатидилэтаноламины | 21 | 16 |
| Фосфатидилинозитолы | 7 | 2 |
| Фосфатидилсерины | 12 | 7 |
| Фосфатидилглицерины | 14 | 5 |
| 14 | 68 | |
Таблица 4 – Химический состав фосфолипидного комплекса
| Наименование показателя | Значение показателя | |
| гидратируемые фосфолипиды | негидратируемые фосфолипиды | |
| Массовая доля металлов, %, в том числе: | ||
| К+ | 0,523 | 0,996 |
| Na+ | 0,026 | 0,38 |
| Mg+2 | 0,076 | 0,234 |
| Ca+2 | 0,127 | 0,833 |
| Cu+2 | 0,0009 | 0,029 |
| Fe (общее) | 0,015 | 0,490 |
| Сумма металлов | 0,768 | 2,962 |
| Массовая доля неомыляемых липидов, % | 2,31 | 15,03 |
Показано, что за исключением ФХ, присутствующих только в гидратируемой фракции, обе фракции включают аналогичные группы фосфолипидов. При этом негидратируемая фракция характеризуется существенно большим содержанием ионов поливалентных металлов и неомыляемых липидов, с которыми, как известно, фосфолипиды образуют стабильные комплексные соединения.
Фосфатидилхолины в силу химического состава и строения не образуют комплексы с металлами и, как наиболее полярные группы они преимущественно участвуют в образовании комплексных мицелл с водой при гидратации масел.
Учитывая изложенное, предположили, что связав входящие в состав фосфолипидного комплекса гидратируемые группы фосфатидилинозитолов, фосфатидилсеринов, фсфатидилглицеринов и фосфатидных кислот в комплексные соединения с металлами, и тем самым переведя их в состав негидратируемой фракции можно существенно повысить содержание ФХ в гидратируемой фракции.
Учитывая это, изучали процесс комплексообразования с целью обоснования выбора эффективного комплексообразующего реагента.
2.4 Исследование процесса комплексообразования. Известно, что более устойчивые комплексы фосфолипиды образуют с такими металлами как Ca, Mg, Cu и Fe. При этом отмечается избирательное сродство индивидуальных групп фосфолипидов к отдельным металлам. Учитывая, что ионы железа и меди интенсифицируют окислительные процессы, их использование для создания комплексных соединений является нецелесообразным.
Таким образом, для связывания вышеперечисленных групп фосфолипидов в комплексные соединения были выбраны ионы металлов Са+2 и Мg+2 в виде их водорастворимых солей.
Для проведения реакции комплексообразования в качестве реагента целесообразно использовать соли Ca и Mg, образованные сильной кислотой, способные полностью диссоциировать в растворе. Учитывая, что реагенты по завершении технологического процесса будут частично оставаться в фосфолипидном продукте - лецитине, оценивали допустимость их использования в пищевых продуктах. В связи с этим в дальнейших исследованиях использовали хлориды Ca и Mg, традиционно используемые в качестве пищевых добавок.
На следующем этапе определяли эффективную концентрацию и количество выбранного комплексообразующего реагента, т.е. растворов хлоридов Ca и Mg, а также режимы их ввода в масло.
Условием эффективного протекания реакции комплексообразования в системе «ТАГ-фосфолипиды-вода» является обеспечение ее гомогенности, которое может быть нарушено при избыточном введении водного раствора реагента. Учитывая это, определяли содержание воды в системе «ТАГ-фосфолипиды-вода», не нарушающее ее фазовую стабильность. В качестве факторов варьирования были выбраны массовая доля фосфолипидов в системе и температура процесса. Зависимость критической концентрации воды в системе от указанных факторов представлена на рисунке 2.
Математическая обработка полученных данных позволила получить уравнение, позволяющее рассчитать критическую концентрацию воды в системе:
w= -0.08 – 0.13·ф + 0.01·t + 0.02·ф2 + 0.005·ф·t (1)
где w – критическая концентрация воды, %
ф – массовая доля фосфолипидов в масле, %;
t – температура, С
На следующем этапе исследований определяли теоретическое количество металлов, которое необходимо ввести в нерафинированное масло для образования комплексов с гидратируемыми фосфолипидами. Расчет осуществляли по формуле:
ХМе= 
где ХМе – количество металла необходимое для образования комплексных соединений с индивидуальной группой фосфолипидов, % к массе масла;
ММе – молекулярная масса металла;
МФл – средняя молекулярная масса индивидуальной группы фосфолипидов;
W - массовая доля гидратируемых групп фосфолипидов в масле, %;
К – количество молекул фосфолипида, входящих в состав комплексного соединения.
Учитывая, что комплексные соединения индивидуальных групп фосфолипидов как с Ca так и с Mg имеют примерно одинаковую устойчивость при проведении расчетов по формуле 2 принимали, что индивидуальные группы фосфолипидов будут взаимодействовать с Ca и Mg с равной вероятностью.
Результаты расчетов представлены в таблице 5.
Таблица 5 – Количество металлов, необходимых для образования комплексных соединений с индивидуальной группой фосфолипидов
| Наименование группы фосфолипидов | Количество металлов, % к массе масла | |
| Mg+2 (М=23) | Ca+2 (М=40) | |
| Фосфатидилинозитолы | 0,0007 | 0,001 |
| Фосфатидилсерины | 0,0001 | 0,0002 |
| Фосфатидилглицерины | 0,0052 | 0,009 |
| Фосфатидные и полифосфатидные кислоты | 0,0078 | 0,013 |
| Ме | 0,0138 | 0,0232 |
Ввод металлов в масло осуществляли в виде их водных растворов солей (хлоридов), при этом расчет необходимого количества солей (Хс) осуществляли по формуле:
где ХМе–количество металла, необходимое для образования комплексов с гидратируемыми фосфолипидами;
Мсоли – молекулярная масса соли;
ММе – молекулярная масса металла.
Установлено, что теоретически необходимое количество хлоридов Ca и Mg для образования комплексов фосфолипидов с металлами составляет 0,01 и 0,03% к массе масла соответственно.
Для экспресс оценки эффективности образования комплексов фосфолипидов с металлами предложена методика, основанная на определении электропроводности системы. В основу данной методики положено представление о том, что образование комплексов фосфолипидов с металлами приводит к снижению полярности молекул фосфолипидов, и, как следствие, к уменьшению порядка ассоциатов фосфолипидных коплексов с увеличением их количества.
Электропроводность в системе «триацилглицерины-фосфолипиды» имеет электрофоретический характер, т.е. определяется количеством ассоциатов фосфолипидов, являющимися основными переносчиками зарядов в подобных системах. Таким образом, значение электропроводности можно использовать в качестве показателя эффективности комплексообразования в системе «ТАГ-фосфолипиды».
Для проведения реакции комплексообразования нерафинированное соевое масло обрабатывали комплексообразующим реагентом в количестве, рассчитанном по формуле (3). Обработку осуществляли в течение 240 минут на лабораторной установке при перемешивании, при этом температуру процесса варьировали от 60°С до 90С. Зависимость изменения удельной электропроводности системы «соевое масло-раствор реагента» от продолжительности реакции комплексообразования представлена на рисунке 3.
Показано, что процесс комплексообразования сопровождается возрастанием и последующей стабилизацией электропроводности системы. Максимальное изменение электропроводности соответствующее наиболее эффективному протеканию реакции комплексообразования достигается при осуществлении процесса при 90С в течение 90-100 минут.
Учитывая, что негидратируемые группы фосфолипидов в отличие от гидратируемых представляют собой индивидуальные молекули и димеры, проводили анализ размера ассоциатов фосфолипидов в исходном масле и после обработки солями металлов (рисунок 4).
Показано, что после обработки хлоридами Ca и Mg средний размер ассоциатов фосфолипидов уменьшился с 2-3 нм, что соответствует размерам мицеллярных агрегатов, до 0,5-1,3 нм, соответствующих индивидуальным молекулам или димерам, характерным для негидратируемых фосфолипидов.
Методом ИК - спектроскопии (рисунок 5) установлено, что характерная для исходного масла интенсивность поглощения, обусловленная группой Р-ОН, уменьшается после обработки масла хлоридами Ca и Mg. При этом в масле,
обработанном хлоридами Ca и Mg, увеличивается интенсивность поглощения в областях спектра, соответствующих (Р-О-)- ионам и карбоксилионам (СОО-), связанным с катионами металлов, что свидетельствует об образовании устойчивых комплексов фосфолипидов с металлами и подтверждает ранее сформулированное предположение.
Выявление оптимального количества комплексообразующего реагента, обеспечивающего максимальную степень комплексообразования индивидуальных групп фосфолипидов, оценивали по степени снижения их гидратируемости.
При проведении эксперимента осуществляли предварительную обработку соевого масла раствором смеси CaCl2 и MgCl2, взятых в различном соотношении друг с другом при ранее выявленных режимах. Диапазон варьирования количества реагента составлял от 20%-ного недостатка до 20%-ного избытка от теоретически рассчитанного по уравнению (3). После завершения процесса комплексообразования проводили водную гидратацию при традиционных режимах: температура 65С, количество воды - 2Ф (где Ф – массовая доля фосфолипидов в масле), время экспозиции – 40 мин. Затем систему разделяли центрифугированием и оценивали гидратируемость фосфолипидов. Результаты представлены на рисунке 6.
В результате математической обработки данных получено уравнение, адекватно описывающее процесс:
g = 84,74-1537,87m-1624,97k+13165,17m2+24721,27mk-162940k2 (4)
где g – гидратируемость, %;
m – количество хлорида магния, % к массе масла;
k - количество хлорида кальция, % к массе масла.
Обработка данных в среде MathCad позволила установить, что минимальное значение гидратируемости равное 55%, будет наблюдаться при добавлении 0,030% хлорида магния и 0,011% хлорида кальция. На следующем этапе определяли режимы водной гидратации.
2.5 Определение режимов водной гидратации. Как известно, на эффективность гидратации влияет продолжительность процесса, температура и количество гидратирующего агента.
Для осуществления гидратации выбрали рекомендуемое количество гидратирующего агента, равное 2Фг (где Фг - содержание гидратируемых фосфолипидов в масле), с учетом воды, необходимой для растворения солей. В качестве функций отклика оценивали выход фосфолипидов и удельное содержание фосфатидилхолинов в групповом составе выводимых при гидратации фосфолипидов.
В результате математической обработки данных получены уравнения, адекватно описывающие процесс:
v1 = -24,21+2,28+1,3t-0,052+0,003 t-0,0094t2 (5)
v2 = -14,87+2,14+1,01t-0,022-0,008 t-0,03t2 (6)
где v1 – выход фосфолипидов, %;
v2–удельное содержание фосфатидилхолинов в групповом составе фосфолипидов, %;
– продолжительность процесса, мин;
t – температура процесса, 0С.
Графическая интерпретация результатов эксперимента после математической обработки представлена на рисунках 7 и 8.
Обработка данных в среде MathCad позволила установить, что максимальное удельное значение содержания фосфатидилхолинов, равное 56,0%, будет наблюдаться при проведении гидратации в течение 10 мин при температуре 60С. При этом выход фосфолипидов, рассчитанный по уравнению 5, составит 45%.
Групповой состав фосфолипидов фракционированного жидкого лецитина с высоким содержанием фосфатидилхолинов (ФХ-50) представлен в таблице 6.
Таблица 6 – Групповой состав фосфолипидов фракционированного жидкого лецитина (ФХ-50)
Показано, что после проведения селективного выведения фосфолипидов на стадии гидратации соотношение ФХ/ФЭА в полученном лецитине стало равным 2,8:1, что позволяет позиционировать полученный фракционированный продукт как эмульгатор прямого типа.
Остаточное содержание фосфолипидов в масле, представляющих собой негидратируемые формы в виде комплексных соединений с металлами, после водной гидратации составляло 1,2%. На следующем этапе разрабатывали режимы их выведения из масел.
2.6 Разработка режимов выведения из масла комплексных соединений фосфолипидов с металлами. Для выведения из масла фосфолипидов, оставшихся после водной гидратации, необходимо разрушить их комплексы с металлами, образованные в результате обработки соевого масла комплексообразующим реагентом. Известны способы обработки масел различными реагентами, в составе молекул которых имеется лиганд, способный образовывать более устойчивые комплексы с ионами металлов, входящими в состав фосфолипидов. При выборе реагента необходимо учитывать допустимость его содержания в пищевых продуктах, так как некоторая его часть и образованные им комплексы с металлами останутся в готовом продукте - лецитине.
Для оценки эффективности использования различных реагентов для разрушения комплексных соединений фосфолипидов с металлами проводили обработку частично гидратированного масла, полученного после 1 стадии гидратации, концентрированными (50%-ными) растворами лимонной кислоты, лимоннокислого натрия и смеси лимонной и янтарной кислот, взятых в соотношении 7:1 при рекомендуемой температуре 65 С.
Расчет количества реагентов осуществляли по формуле 7 с учетом остаточного содержания металлов в масле после водной гидратации XMe ост, указанного в таблице 7.
Таблица 7 – Остаточное содержание металлов в масле после водной гидратации
| Наименование металла | Количество металла, % к массе масла |
| Ca2+ | 0,004 |
| Mg2+ | 0,007 |
| Cu2+ | 0,0007 |
| Fe (общее) | 0,01 |
| Сумма | 0,022 |
где Хр – количество растора реагента, % к массе масла;
Мр– молекулярная масса реагента, г/моль;
ММе – молекулярная масса металла, г/моль;
XMe ост – остаточное содержание металла в частично гидратированном масле, % к массе масла;
2 – коэффициент, учитывающий концентрацию раствора реагента
Анализ эффективности использования различных реагентов для разрушения комплексов фосфолипидов с металлами осуществляли по ранее предложенной методике оценки электропроводности системы.
Показано (рисунок 9), что максимальное снижение электропроводности масла, соответствующее максимальному разрушению комплексов фосфолипидов с металлами, наблюдается при его обработке концентрированным (50%-ным) раствором лимонной кислоты в течение 60 минут. При этом рассчитанное по формуле 7 количество раствора лимонной кислоты составило 0,11% к массе масла.
На следующем этапе определяли режимы кислотной гидратации.
2.7 Определение режимов кислотной гидратации. Для определения режимов кислотной гидратации к частично гидратированному маслу, обработанному раствором лимонной кислоты, добавляли воду в количестве 1,5-1,7Ф и подвергали экс позиции в течение 50 минут при определенных ранее режимах. При этом температуру экспозиции варьировали в диапазоне 50-70С. После экспозиции систему разделяли центрифугированием. Зависимость массовой доли фосфолипидов в гидратированном масле от продолжительности экспозиции и температуры процесса приведена на рисунке 10.
Показано, что проведение процесса при температуре 55-60С в течение 30-40 мин позволяет снизить содержание фосфолипидов в гидратированном масле до 0,08%.
Групповой состав фосфолипидов фракционированного жидкого лецитина, полученного после кислотной гидратации (ФЭА-30), представлен в таблице 7.
Таблица 7 - Групповой состав фосфолипидов фракционированного жидкого лецитина (ФЭА-30)
Показано, что соотношение ФХ/ФЭА в полученном фракционированном лецитине составляет 1:4,3, что позволяет позиционировать его как эмульгатор эмульсий обратного типа.
2.8 Разработка технологии гидратации соевого масла с получением фракционированных лецитинов. На основе проведенных исследований была разработана технология гидратации с получением фракционированных лецитинов. Структурная схема представлена на рисунке 11, технологические режимы приведены в таблице 8.
Рисунок 11 - Структурная схема гидратации с получением фракционированных лецитинов
Таблица 8 – Технологические режимы гидратации соевого масла с получением фракционированных лецитинов
| Наименование стадии процесса | Величина показателя |
| Комплексообразование: | |
| температура, 0С | 85-90 |
| количество хлорида кальция, % к массе масла | 0,011 |
| количество хлорида магния, % к массе масла | 0,03 |
| 90-100 | |
| Водная гидратация: | |
| температура, 0С | 60-65 |
| 1,8-2,4 | |
| продолжительность экспозиции, мин | 10 |
| Кислотная гидратация: | |
| температура, 0С | 65 |
| количество лимонной кислоты, % к массе масла | 0,09-0,11 |
| продолжительность экспозиции с лимонной кислотой, мин | 40-45 |
| количество воды, % к массе масла | 1,5-1,7 |
| продолжительность экспозиции, мин | 30-40 |
| температура, 0С | 55-60 |
2.9 Оценка физико-химических показателей полученных продуктов.
В результате реализации разработанной технологии в условиях ЦКП «Исследовательский центр пищевых и химических технологий» КубГТУ была выработана опытная партия гидратированного соевого масла и полученных после водной и кислотной гидратаций фракционированных лецитинов. Результаты оценки показателей качества полученных продуктов представлены в таблице 9 и 10.
Таблица 9 – Показатели качества гидратированного соевого масла
| Наименование показателя | Значение показателя | Требования ГОСТ Р 53510-2009 к маслу гидратированному |
| Кислотное число, мг КОН/г | 2,1 | Не более 4,0 |
| Массовая доля нежировых примесей, % | Отсутствие | Отсутствие |
| Массовая доля фосфора в пересчете на стеароолеолецитин, % | 0,08 | Не более 0,5 |
| Массовая доля влаги и летучих веществ, % | 0,1 | Не более 0,20 |
| Перекисное число, ммоль активного кислорода на кг | 2,8 | Не более 10,0 |
Таблица 10 – Показатели качества полученных фракционированных лецитинов
| Наименование показателя | Значение показателя | Требования ГОСТ Р 53970-2010 к лецитину фракционированному | |
| фракционированный лецитин | |||
| ФХ-50 | ФЭА-30 | ||
| Массовая доля, %: веществ, нерастворимых в толуоле | 0,15 | 0,05 | Не более 0,30 |
| веществ, нерастворимых в ацетоне, | 61,8 | 60,9 | Не менее 60,0 |
| в том числе: фосфатидилхолинов | 56 | 9 | Не нормируется |
| фосфатидилэтаноламинов | 18 | 34 | Не нормируется |
| влаги и летучих веществ | 0,6 | 0,8 | Не более 1,0 |
| Кислотное число, мгКОН/г | 15,5 | 31,3 | Не более 36,0 |
| Перекисное число, ммоль активного кислорода/кг | 3,4 | 3,9 | Не более 10,0 |
| Цветное число 10%-ного раствора в толуоле, мг йода | 50,6 | 49,1 | Не нормируется |
| Вязкость при 25С, Па·с, | 11,2 | 9,8 | Не нормируется |
Показано (таблица 9), что по показателям качества полученное гидратированное соевое масло соответствует тр ебованиям ГОСТ Р 53510-2009.
Устанвлено, что по содержанию токсичных элементов, пестицидов, микотоксинов, радионуклидов полученное гидратированное масло соответствует требованиям Технического регламента Таможенного союза ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции».
Показано (таблица 10), что по показателям качества полученные фракционированные лецитины соответствуют требованиям ГОСТ Р 53970-2010.
По остаточному содержанию тяжелых металлов, пестицидов, радионуклидов, полученные лецитины соответствуют установленным требованиям безопасности Технического регламента Таможенного союза ТР ТС 029/2012 «Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств».
ВЫВОДЫ
На основании проведенных исследований разработана усовершенствованная технология гидратации соевых масел с получением лецитинов.
1. Показано, что нерафинированные масла, полученные из семян сои современных сортов, характеризуются высоким содержанием фосфатидилхолинов и фосфатидилэтаноламинов, что позволяет использовать их в качестве сырья для производства фракционированных лецитинов, обладающих направленными эмульгирующими свойствами.
2. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено методом ИК-спектроскопии, что добавление водных растворов хлоридов Ca и Mg к нерафинированному соевому маслу приводит к образованию устойчивых комплексов фосфолипидов с металлами, что обуславливает снижение их гидратируемости на 30-35%, при этом фосфатидилхолины не участвуют в реакциях комплексообразования.
3. Установлена зависимость критической концентрации воды в системе «ТАГ-фосфолипиды-вода», при превышении которой нарушается ее гомогенность, от массовой доли фосфолипидов в системе и температуры.
4. Экспериментально установлено, что при образовании комплексов фосфолипидов с металлами происходит смещение динамического равновесия в сторону снижения порядка ассоциатов фосфолипидов, что приводит к уменьшению их размера с 2-3 нм до 0,5-1,3 нм.
5. Для экспресс оценки эффективности образования комплексов фосфолипидов с металлами предложена методика, основанная на определении электропроводности системы.
6. Выявлено, что при введении воды в нерафинированное соевое масло, обработанное растворами CaCl2 и MgCl2, происходит преимущественная гидратация фосфатидилхолинов, при этом их массовая доля в групповом составе фосфолипидов достигает 50%.
7. Показано, что обработка частично гидратированного соевого масла, предварительно обработанного растворами хлоридов Ca и Mg, 50%-ным раствором лимонной кислоты приводит к разрушению ранее образованных комплексов фосфолипидов с металлами и к увеличению гидратируемости фосфолипидов.
8. Разработана усовершенствованная технология получения фракционированных лецитинов с направленными технологически-функциональными свойствами (ФХ-50 и ФЭА-30) которая включает следующие этапы: смешивание масла с растворами хлоридов кальция и магния с целью образование устойчивых комплексов фосфолипидов с металлами; водную гидратацию с получением фракционированного лецитина ФХ-50 и кислотную гидратацию с получением гидратированного масла и фракционированного лецитина ФЭА-30.
9. Показано, что полученные по разработанной технологии фракционированные лецитины по показателям качества и безопасности соответствуют требованиям ГОСТ Р 53970-2010 и ТР ТС 029/2012.
10. Экономический эффект от внедрения разработанной технологии составит более 24 млн при производстве 1300 тонн в год фракционированного лецитина с высоким содержанием фосфатидилхолинов (ФХ-50) и 1500 тонн в год фракционированного лецитина с высоким содержанием фосфатидилэтаноламинов (ФЭА-30).
1. Шабанова (Дубровская) И.А. Анализ рынка и характеристика семян сои / Мхитарьянц Л.А., Войченко О.Н., Вергун Д.В., Шабанова (Дубровская) И.А. // Журнал Новые технологии, 2011.-№1, с.24-27.
2. Шабанова (Дубровская) И.А. Отечественные соевые лецитины-высококачественное сырье для производства фосфолипидных БАД и продуктов функционального и специализированного назначения / Бутина Е.А., Герасименко Е.О., Войченко О.Н., Кузнецова В.В., Шабанова (Дубровская) И.А. // Журнал Новые технологии, 2011.-№2, с.15-18.
3. Шабанова (Дубровская) И.А. Исследование идентификационных особенностей растительных лецитинов методом ядерно-магнитной релаксации / Агафонов О.С., Лисовая Е.В., Корнена Е.П., Войченко О.Н., Шабанова (Дубровская) И.А. // Журнал Новые технологии, 2011.-№3, с.11-14.
4. Шабанова (Дубровская) И.А., Пащенко В.Н., Бутина Е.А. Получение пищевых стандартизованных лецитинов из отечественного сырья // Масла и жиры, 2012.-№7, с.16-17.
5. Патент 2436404 Российская Федерация, МПК A23D9/00 (2006.01). Способ получения масложирового фосфолипидного продукта [Текст] // Герасименко Е.О., Шабанова (Дубровская) И.А. и др.; заявитель и патентообладатель ООО НПП «Аверс» № 2010115851/13; заявл. 22.04.2010, опубл. 20.12.2011.
6. Шабанова (Дубровская) И.А., Пащенко В.Н., Герасименко Е.О. Разработка технологии получения лецитинов из отечественного сырья // Международная научно-практическая конференция «Комплексное использование биоресурсов: малоотходные технологии».-Краснодар, КНИИХП РАСХН, 11-12 марта 2010 г.
7. Шабанова (Дубровская) И.А., Пащенко В.Н., Герасименко Е.О. Технология переработки некондиционных фосфолипидных концентратов с целью получения лецитинов // Международная научно-практическая конференция «Инновационные пути в разработке и ресурсосберегающих технологий производства и переработки сельскохозяйственной продукции».-Волгоград, ГНУ НИИММП РАСХН, 17-18 июня 2010 г.
8. Шабанова (Дубровская) И.А., Пащенко В.Н., Войченко О.Н. Организация производства конкурентоспособного отечественного жидкого лецитина // Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Кадровое обеспечение развития инновационной деятельности в России», Ершово, 26-29 октября 2010 г.
9. Шабанова (Дубровская) И.А., Войченко О.Н., Кузнецова В.В. Сравнительная оценка качества соевых лецитинов импортного и отечественного производства // IV всероссийская научно-практическая конференция ученых и аспирантов вузов «Региональный рынок потребительских товаров: особенности и перспективы развития, формирование конкуренции, качество и безопасность товаров и услуг», Тюмень, 2011г.
10. Шабанова (Дубровская) И.А., Войченко О.Н., Кузнецова В.В., Тугуз М.Р. Изучение показателей качества растительных лецитинов, полученных из семян сои // Международная научно-практическая конференция «Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья», Краснодар, КНИИХП РАСХН, 23-24 июня 2011 г.
11. Шабанова (Дубровская) И.А., Бутина Е.А., Пащенко В.Н. Получение пищевых стандартизированных лецитинов из отечественного сырья // XI международная конференция «Масложировая индустрия 2011», Санкт-Петербург, 26-27 октября, 2011 г.
12. Дубровская И.А. Создание жировых продуктов повышенной физиологической ценности / Бутина Е.А., Войченко О.Н., Воронцова О.С., Спильник Е.П., Дубровская И.А. // VII международная конференция «Масложировой комплекс России: новые аспекты развития», Москва, 28-30 мая 2012 г.
13. Дубровская И.А., Герасименко Е.О., Бутина Е.А. Инновационная технология гидратации соевых масел // VI международная конференция «Перспективы развития масложировой отрасли: технология и рынок», Алушта, 29-30 мая 2013г.
14. Дубровская И.А. Разработка инновационной технологии гидратации соевых масел / Герасименко Е.О., Дубровская И.А., Бутина Е.А., Смычагин Е.О // XIII международная конференция «Масложировая индустрия-2013г», Санкт-Петербург, 23-24 октября 2013г.
