д.ф., к.т.н Чумак О.П.¹, д.т.н. Мельник А.П.², к.т.н. Хусанов А.Е.³

¹ – Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Украина

² – Украинский научно-исследовательский институт природных газов, Украина

³ – Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауезова, Казахстан

К ВОПРОСУ УМЕНЬШЕНИЯ ЦВЕТНОСТИ НЕКОНДИЦИОННОГО ПОДСОЛНЕЧНОГО МАСЛА

Известно, что мировые запасы минерального углеводородного сырья истощаются и через некоторое время исчезнут. Поэтому глобальной мировой проблемой есть поиск альтернативных источников сырья, на основе которых можно было бы получать то многообразие органических продуктов, которые сегодня получают из нефти и природного газа. Таким источником могут стать растительные некондиционные масла. К таким маслам, в частности, относится подсолнечное масло с повышенными цветностью, концентрацией жирных кислот, перекисных соединений и других веществ. Эти масла могут быть переработаны в конечные продукты или путем разработки новых технологий рафинации, или прямым превращением в продукты технического назначения без предварительной очистки.

Известно [1-3], что для получения качественного масла из них необходимо удалять фосфолипиды, свободные жирные кислоты, воско-подобные вещества, вещества, которые придают маслам темный цвет и запах. В последнее время на рынке появляются растительные масла с повышенными цветностью и кислотным числом. Снижение цветности сильно окрашенных масел до показателей, позволяющих перерабатывать их в полезные продукты составляет актуальность исследования. Поэтому цель исследования состоит в оценке применимости известных и поиске новых реагентов и, соответственно технологий, повышающих качество некондиционных масел, в частности – подсолнечного масла.

Для уменьшения цветности масел и жиров применяют [2-5] различные глины, активированный уголь пероксид водорода с последующим его разложением ферментами, разрабатывают различные адсорбенты для увеличения эффективности удаления окрашивающих масла веществ в том числе перлит, ацетон, кислоты и другие реагенты. Известно, что для повышения цветности масел широко используют отбельную землю Taiko Omega 1G [6]. В связи с этим для исследования очистки подсолнечного масла с повышенной цветностью выбрано ряд известных реагентов.

В качестве исходного сырья использованы масла, характеристика которых приведена ниже: масло 1 – цветность более 100 % масс. J₂, темно-коричневое с зеленым оттенком в тонком слое, пахнет горьким подсолнечным маслом, вязкая консистенция, кислотное число 42,2 мг КОН/г, число омыления 190 мг КОН/г, перекисное число 15 ½ О ммоль/кг, влажность 0,04 % масс.; масло 2 – цветность более 100 % масс. J₂ темно-коричневое, пахнет горьким подсолнечным маслом, вязкая консистенция, кислотное число 14,2 мг КОН/г, число омыления 180 мг КОН/г, перекисное число 12 ½ О ммоль/кг, влажность 0,11 % масс.; масло 3 – цветность более 100 % масс. J₂ темно-коричневое с зеленым оттенком в тонком слое, пахнет горьким подсолнечным маслом, вязкая консистенция, кислотное число 15,2 мг КОН/г, число омыления 160 мг КОН/г, перекисное число 14 ½ О ммоль/кг, влажность 0,03 % масс. Ни одно из приведенных масел не отвечает требованиям [8], которые предъявляются к пищевым маслам, поскольку цветность должна быть не более 15 % масс. J₂, не должно быть запаха и вкуса горечи, кислотное число должно быть не более 1,5 мг КОН/г. В качестве реагентов для уменьшения цветности указных масел использованы: гидропероксид водорода (ГПВ) с характеристиками согласно (ГОСТ 177-88), ацетон – (ГОСТ 2768-84), активированный уголь (АУ) – (ГОСТ 6217-74), перлит – (ГОСТ 30566-980), соляная кислота – (ГОСТ 3118 – 77), отбельные глины Taiko Omega 1G (площадь поверхности 200 м²/г, величина рН 10 % суспензии 4,5, маслоемкость 50,92 % масс., влажность 5,35 % масс.. цветность после тестовой обработки масла 5 % масс. J₂) и Диасил Экстра насыпная плотность 450 кг/м³, величина рН водной вытяжки 5, маслоемкость 60,5 % масс., влажность 3,84 % мас., цветность масла после тестовой обработки масла 10 % масс. J₂). Кислотное число определено согласно [ІSO 660:1996. NEQ (ДСТУ 4350:2004)], число омыления – [ІSO 3657:2002, ІDT (ДСТУ ISO 3657:2004)], перекисное число – [ІSO 3960:1998, ІDT (ДСТУ ISO 4570:2006)] , влагу – [ISO 662:1998, IDT (ДСТУ ISO 662:2004)] , цветность – [ДСТУ 4568:2006] запах и прозрачность – (ГОСТ 5472). Жирнокислотный состав определен в виде метиловых эфиров жирных кислот (ДСТУ ISO 5508-2001) , которые получены путем метанолиза в присутствии метилата натрия, на хроматографе модели 3700 с использованием пламенно-ионизационного детектора, колонки длиной 1,5 м, электролизного водорода с давлением 1 МПа от генератора СГН-2, аргона давлением 0,15-0,2 МПа, воздуха давлением 2 МПа, цеолита 545 с 5 % масс. диэтиленгликольянтарата при температуре колонки 473 К, детектора 513 К.

Полученные результаты исследований свидетельствуют о том, что при большом избытке ГПВ цветность можно уменьшить до 50 % масс. J₂, но в этом случае возможно образование перекисных соединений, которые необходимо удалять. Использование ацетона уменьшает цветность до 60 % масс J₂, что ниже требований к пищевым маслам. Исследование наиболее широко применяемого реагента Taiko Omega 1G, свидетельствует о том, что при отношении масло М1:реагент 10:1 и традиционных условиях обработки достигается цветность 40 % масс. J₂. Дополнительная обработка этого реагента соляной кислотой ухудшает эффективность обесцвечивания масла. Замена Taiko Omega 1G на перлит, последовательное использование перлита и Taiko Omega 1G в соотношениях масло : реагент от 20:1 до 10:1 не способствует снижению цветности. Замена Taiko Omega 1G на Диасил Экстра позволяет достигнуть цветности 70 % масс. J₂. При исследовании масла М2 установлено, что наименьшая цветность 50 % масс. J₂ достигается с использованием реагента Диасил Экстра и отношении реагент : масло 10:1. При этом реагент Taiko Omega 1G менее – эффективный. Масло М3 осветляется ГПВ до цветности 70 % масс. J₂, а Диасил Экстра – до 60 % масс. J₂ только последовательной обработкой с разными соотношениями масло М3:реагент. Добавка к нему активированного угля не уменьшает цветность.

Достигнутые величины цветности после обработки известными реагентами (рис. 1) свидетельствуют о том, что традиционными технологиями невозможно получить подсолнечное масло, которое отвечало бы нормативным требованиям [8]. При этом необходимо отметить то, что в большинстве случаев улучшатся прозрачность масла. Исследуя другие реагенты, было установлено, что бура, перборат натрия, фосфорная кислота, в том числе в смеси с поверхностно-активными веществами, этиловый спирт, глицерин также не уменьшают цветность ниже 50 % масс. J₂. При исследовании 3 образцов глин Кзазахстана обнаружено, что один из них тоже снижает цветность масла М1 до 55 % масс. J₂. Согласно дифрактограмм, полученных на дифрактометре Дрон-3М, в состав образца входит кварц (3,43 А^о), гидрослюда (9,97 А^о), возможно серпентин (7,3 А^о), амезит (7,09 А^о), полевой шпат (3,18 А^о), путит (3,24 А^о), карбонат кальция (3,03 А^о) как основная примесь. Глина представляет собой смешано-слоистый хлорит-монтмориллонит со смещением при насыщении глицерином до 17,7 А^о, а при прокаливании до 873 К – до 13,8 А^о. Вместе с тем обнаружено, что при обработке масла М1 реагентом РХ на водной основе и соотношении компонентов 1:1, температуре 293 К, времени обработки 30 мин. с последующим разделением фаз цветность снижается до 25 % масс. J₂, Этот реагент составляет предмет дальнейших исследований. В образцах масел, в которых были получены величины цветности 40 – 60 % масс. J₂ определена способность соответствующих реагентов к удалению жирных кислот, что оценено по величине кислотного числа согласно [9]:

масло М1 М1 М1 М1 М2 М3

КЧ, мг КОН/г 32,5 9,6 10,9 9,7 14,5 18,1

а б

Рис. – Изменение цветности масел от соотношения масло : реагент, где для а 1 – М1:Taiko Omega 1G 5:1, 2 – М1: Taiko Omega 1G 10:1, 3 – М1: перлит 10:1, 4 – М1: перлит 20:1, 5 – М1: перлит 35:1; для б 1 – М1:перлит 10:1, 2 – М2:перлит 10:1, 3 – М3:перлит 20:1

Как свидетельствуют полученные данные традиционные реагенты, в тех, случаях, когда улучшается цветность, способствуют удалению из масла некоторого количества жирных кислот. При использовании Taiko Omega 1G снижается и перекисное число до 10 ½О ммоль/кг с исходных 12-15 ½О ммоль/кг. По жирнокислотному составу масло с цветностью 40 соответствует жирнокислотному составу подсолнечного масла [8] и включает в состав согласно газохроматографическому анализу, % масс: пальмитиновой кислоты 5,8; стеариновой – 5,3; олеиновой – 12,5; линолевой – 72,2.

Выводы

1. Установлено, что цветность сильно окрашенного подсолнечного масла можно снизить до 40-50 % масс. J₂ путем обработки отбельной землей.

2. Параллельно со снижением цветности снижается содержание перекисных соединений и свободных жирных кислот.

3. Полученное масло может быть использовано как для дальнейшей переработки в пищевое масло, так и для получения технических продуктов.

Литература:

1. Химия жиров. /Б.Н. Тютюнников, З.И. Бухштаб, А.П.Мельник и др. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 1992. – 448 с.

2. Дэвид Д. Брукс. Отбеливание растительных масел // Масла и жиры. – 2008. – №8 – С.11-15.

3. Брайен О. Жиры и масла. Производство, состав и свойства, применение. - СПб: Профессия, 2007. – 752 с.

4. Роберто Бербеси. Отбеливание: критическая стадия переработки // Масла и жиры. – 2009. – №10. – С.23-26.28.

5. Мерабишвили М.С. Бентонитовые глины. Состав, свойства, производство, использование. — Тбилиси: Мецниереба, 1979. – 308 с.

6. www taikogroup.net. Сравнение различных видов отбельных глин//alfa.m.com/.

7. Руководство по технологии получения и переработке растительных масел и жиров. Т.3. Рафинация жиров и масел.// Под ред. П.Г. Сергеева. Л.: ВНИИЖ, 1973. – 352 с.

8. ДСТУ 4492: 2005. Олія соняшникова. Технічні умови.

9. Мельник А.П. Чумак О.П., Березка Т.О. Практикум з хімії та технології поверхнево активних похідних вуглеводневої сировини. – Харків: Курсор, 2004. – 376 с.