Сельское хозяйство / 4. Технологии хранения и переработки сельскохозяйственной продукции

к.т.н. Папченко В.Ю., Кузнецова Л.Н.

Украинский научно-исследовательский институт масел и жиров Национальной академии аграрных наук Украины

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАЛЬМОВОГО СТЕАРИНА

МЕТОДОМ ДСК

Сольвентным фракционированием пальмового масла с использованием этанола авторами в предыдущих работах [1–4] получены фракции пальмового масла: высокоплавкая (стеарин), низкоплавкая (суперолеин) и средняя фракция. Высокоплавкие фракции пальмового масла с температурой плавления более +40 ºС используют в производстве специальных кулинарных жиров – шортенингов или в качестве жировой основы маргарина или мыла. Так пальмовый стеарин используют для производства маргаринов и легких масел, в кондитерской промышленности, поскольку при переработке этого продукта можно практически повторить вкусовые свойства сливочного масла. При использовании в кондитерской промышленности расходы стеарина на единицу продукции на 18 % ниже, чем расходы маргарина [5, 6]. Пальмовый стеарин находит также применение в производстве бытовых свечей, мыла, стирального порошка и смазочных материалов, в качестве основы для эмульсий, используемых в металлургической промышленности (как смазочные материалы для прокатных станков), для нанесения покрытий на жесть методом горячего погружения и т.д. [7].

Цель данной работы заключается в исследовании высокоплавкой фракции пальмового масла – пальмового стеарина, полученного по технологии сольвентного фракционирования с использованием этанола, как многокомпонентной смеси ацилглицеролов, с применением дифференциального сканирующего калориметра DSC Q-20 TA Instruments.

Известно, что термический анализ (калориметрия) как метод исследования физико-химических процессов, основан на регистрации тепловых эффектов, сопровождающих превращения веществ в условиях программирования температуры, позволяет фиксировать так называемые кривые (термограммы) нагревания (или охлаждения) исследуемого образца, т.е. изменение температуры последнего со временем. В случае любого фазового превращения первого рода в веществе (или смеси веществ) происходит выделение или поглощение теплоты и на кривой (термограмме) появляются пики [8, 9].

Появление пиков или аномалий на калориметрической кривой плавления пальмового масла говорит о протекании в исследуемом образце любых процессов, связанных с поглощением или выделением тепла (плавление, структурный фазовый переход, кристаллизация и др.). Наличие нескольких пиков на термограмме (рис. 1) свидетельствует о сложном механизме фазовых превращений компонентов этого продукта и явления, которые наблюдаются, связанны с тем, что в состав триацилглицеролов пальмового масла входят компоненты, физико-химические свойства которых заметно отличаются.

Рис. 1 – Калориметрическая кривая плавления пальмового масла

На калориметрической кривой плавления пальмового масла (рис. 1) присутствуют три четко выраженных пика, первый из которых соответствует расплавлению низкоплавких триацилглицеролов, второй – среднеплавких триацилглицеролов, а третий – высокоплавких – это свидетельствует о том, что пальмовое масло можно разделить, как минимум на три фракции. Полученные результаты были положены в основу разработки двухстадийного сольвентного фракционирования пальмового масла в этаноле [1–4]. Калориметрические кривые плавления полученной по этой технологии высокоплавкой фракции пальмового масла и промышленного образца стеарина пальмового, полученного методом сухого фракционирования представлены на рис. 2.

а	б

Рис. 2 – Калориметрические кривые плавления полученной высокоплавкой фракции пальмового масла – пальмового стеарина (а) и промышленного образца стеарина пальмового (б)

Кривые плавления пальмового старина (рис. 2) заметно отличаются от кривой плавления исходного пальмового масла (рис. 1) в том же рабочем режиме, что обусловлено физико-химическими взаимодействиями в сложной смеси и свидетельствует о перераспределении триацилглицеролов по фракциям, которое подтверждается значением температур плавления в открытом капилляре, триглицеридним составом и другими физико-химическими характеристиками.

На калориметрической кривой плавления (рис. 2а) видны два эндотермических эффектов в области +15 ºС и +55 ºС. Первый эффект соответствует температуре плавления суперолеина, второй – плавлению твердого стеарина. Площадь и интенсивность первого эффекта малы по сравнению со вторым, это свидетельствует о незначительном остатке низкоплавких триацилглицеролов в полученной фракции. Кроме того, рассчитано значение удельной теплоты, которое зависит от количества поглощенного или выделенного тепла и массы исследуемого образца в ячейке для испытания и определяется по сумме площадей пиков, так для полученной фракции стеарина значение удельной теплоты при плавлении составляет 129,12 Дж/г. Сравнением калориметрической кривой плавления полученного пальмового стеарина с калориметрической кривой плавления промышленного образца стеарина пальмового установлено, что полученная высокоплавкая фракция пальмового масла – пальмовый стеарин является более чистой фракцией, то есть содержит меньшее количество компонентов.

Если считать удельные теплоты плавления жировых фракций постоянными, то площадь под кривой плавления оказывается пропорциональной количеству расплавившегося твердого вещества. Доля жидкой фракции при некоторой температуре соответствует отношению интеграла кривой плавления до этой температуры к общей площади пика плавления. Доля твердой фракции затем рассчитывается вычитанием из 100 % доли жидкой фракции.

Вывод: применение дифференциального сканирующего калориметра DSC Q-20 TA Instruments помогает определить количество фракций сложной смеси ацилглицеролов (пальмового масла), а также оценить пределы температур плавления этих фракций.

Литература:

1. Кузнецова Л.М. Дослідження фракціонування пальмової олії / [Л.Н. Кузнецова, П.Ф. Петік, І.М. Демидов, В.Ю. Папченко] // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” – Харків: НТУ “ХПІ”, 2012. – № 1. – С. 100-104.

2. Кузнецова Л.М. Дослідження впливу кількості етанолу на температуру плавлення отриманих фракцій пальмової олії / [П.Ф. Петік, І.М. Демидов, В.Ю. Папченко, Л.М. Кузнецова] // Східно-європейський журнал передових технологій – Харків, 2013. – № 3/6 (63) – С. 33 - 35.

3. Кузнецова Л.М. Фракціонування пальмової олії / Л.М. Кузнецова, П.Ф. Петік, І.М. Демидов, В.Ю. Папченко // Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції [“Технічні науки: стан, досягнення і перспективи розвитку м’ясної, олієжирової та молочної галузей”], 22 – 23 березня 2012 м. Київ – К.: НУХТ, 2012. – С. 85.

4. Кузнецова Л.Н. Новое в технологии фракционирования пальмового масла / Л.Н. Кузнецова, В.Ю. Папченко, И.Н. Демидов // Матеріали VIIІ Міжнародної науково-практичної конференції [“Образованието и наука та на XXI век – 2012”], 17 25 октомври 2012 гр. София – София: “Бял ГРАД БГ” ООД 17, 2012. – Том 37. Лекарство. Химия и химически технологии. – С.68 - 71.

5. Панзарис Ф. Свойства и возможности использования пальмового масла / Олійно-жировий комплекс. – 2004. – № 4. – С. 79 – 82.

6. Ярмак А. Тропические горизонты // Олійно-жировий комплекс. – 2003. – № 1. – С. 10 – 11.

7. О'Брайен Р. Жиры и масла. Производство, состав и свойства, применение / О'Брайен Р. – СПб.: Профессия, 2007. – 752 с.

8. Дифференциально-сканирующие калориметры QDSC. Руководство пользователя. – С.57.

9. Бондарь А.П. Математическое моделирование в химической технологии / А.П. Бондарь. – Киев: Вища школа, 1973. – 280 с.