Совершенствование технологии гидратации масел семян рапса современной селекции

Масложировая промышленность — одна из ведущих отраслей в системе продовольственной индустрии агропромышленного комплекса Российской Федерации. Промышленность перерабатывает разнообразное масличное сырье (семена подсолнечника, сои, рапса, льна и других культур) и производит разнообразный ассортимент продукции, определяющий продовольственную безопасность ¡-России].

В мировом производстве растительных масел ведущее место занимают соевое и рапсовое масла.

В России основное растительное масло — подсолнечное. Ресурсы рапсового масла в нашей стране менее значительны по сравнению с ресурсами основных растительных масел.

Отечественными учеными-селекционерами достигнуты большие успехи в области создания новых селекционных сортов семян рапса типа «00». В масле сортов, у которых содержание эруковой кислоты снижено практически до нуля, повышается уровень олеиновой кислоты.

Таким образом, масло безэруковых сортов рапса по содержанию олеиновой кислоты становиться сходным с оливковым, а сумма нежелательных насыщенных кислот в нем в два раза ниже, чем в оливковом масле.

В Краснодарском крае районированы следующие сорта ярового рапса «00"-типа: ВНИИМК-214, Галант, Радикал, Шпат, Ярвэлон и озимые: Отрадненский и.

Оникс- ?/1,2/.

Однако, в связи с переработкой новых селекционных сортов семян рапса масложировая промышленность столкнулась с проблемой гидратации и рафинации рапсовых масел, которые относятся к труднорафинируемым маслам.

Использование известных технологических режимов и, в первую очередь, режимов гидратации не обеспечивает получение гидратированных рапсовых масел и фосфолипидных концентратов требуемого качества.

Развитие современной техники и технологии очистки растительных масел за рубежом и в отечественной практике предусматривает совершенствование процессов их рафинации на базе внедрения прогрессивных наукоемких технологий /3/.

Метод рафинации должен выбираться в зависимости от вида и качества масла, а также от способа его производства.

Гидратация фосфолипидов рапсовых масел является основной стадией процесса рафинации, позволяющей извлечь из них фосфолипиды в виде самостоятельного биологически ценного продукта, а также подготовить масло к последующим этапам рафинации.

Процесс водной гидратации фосфолипидов является малоэффективным и зависит не только от параметров его осуществления, но, прежде всего, от особенностей химического состава масел, направляемых на гидратацию, и связан, прежде всего, с наличием в рапсовых маслах достаточно высокого количества негидратируемых фосфолипидов.

В связи с этим, основные направления повышения эффективности процесса гидратации фосфолипидов рапсовых масел должны основываться на изучении особенностей химического состава и свойств фосфолипидов, а также на исследовании основных факторов, позволяющих снизить устойчивость негидратируемых фосфолипидов.

Таким образом, учитывая, что решение проблемы первой стадии рафинации — гидратации связано с повышением эффективности выведения фосфолипидов, изучение особенностей состава и свойств фосфолипидов масел семян рапса современной селекции позволит усовершенствовать технологию их гидратации и получения фосфолипидных концентратов.

Целью настоящей работы является совершенствование технологии гидратации фосфолипидов из масел семян рапса современной селекции.

В связи с этим основными задачами исследования являются:

— исследование особенностей группового и химического состава гидратируемых и негидратируемых фосфолипидов безэруковых. рапсовых масел;

— йсследование устойчивости комплексов негидратируемых фосфолипидов с ионами поливалентных металлов;

— изучение структуры негидратируемых фосфолипидов методом инфракрасной спектроскопии;

— выбор гидратирующего агента и определение оптимальных режимов гидратации;

— исследование влияния механохимической активации на эффективность процесса гидратации безэруковых рапсовых масел;

— изучение влияния механохимической активации на величину адсорбции Гиббса и полярную часть молекул негидратируемых фосфолипидов;

— исследование влияния режимов экспозиции и подготовки к экспозиции системы «гидратированное масло — фосфолипидная эмульсия» на эффективность отделения фосфолипидной эмульсии седиментацией;

— разработка технологических режимов и технологической схемы получения гидратированных безэруковых рапсовых масел и фосфолипидных концентратов;

— изучение показателей качества гидратированных масел и фосфолипидных концентратов, полученных по разработанной технологии;

— оценка экономической эффективности разработанных технологических и технических решений.

Научная новизна работы. Установлено, что гидратируемость фосфолипидов безэруковых рапсовых масел зависит от их жирнокислотного состава, при этом, чем выше содержание олеиновой кислоты в составе жирных кислот масла, тем ниже гидратируемость фосфолипидов.

Установлено, что групповой состав гидратируемых фосфолипидов безэруковых рапсовых масел не зависит от их жирнокислотного состава, в отличие от группового состава негидратируемых фосфолипидов.

Показано, что с увеличением содержания олеиновой кислоты в негидратируемых фосфолипидах в их групповом составе увеличивается содержание фосфатидилсеринов и фосфатидилинозитолов, при этом содержание фосфатидных кислот и дифосфатидилглицеринов практически не изменяется, а содержание фосфатидилэтаноламинов снижается.

Установлено, что состав жирных кислот гидратируемых фосфолипидов идентичен составу жирных кислот нерафинированных масел, а состав жирных кислот негидратируемых фосфолипидов отличается от гидратируемых фосфолипидов большим содержанием олеиновой кислоты, отсутствием эруковой, эйкозеновой и линоленовой кислот.

— Установлено, что с увеличением содержания олеиновой кислоты в жирнокислотном составе негидратируемых фосфолипидов увеличивается и содержание ионов поливалентных металлов (Са, М§-, Бе, Си).

В негидратируемых фосфолипидах (фосфатидилсеринах и фосфатидилиннозитолах) обнаружены пигменты группы хлорофилла, а имейно хлорофилл Ъ и феофитин Ъ, образованные в результате взаимодействия ИНг групп указанных фосфолипидов и С=0 групп формильного остатка пигментов.

Методом ИК-спектроскопии установлено, что негидратируемые фосфолипиды безэруковых рапсовых масел представляют собой сложные комплексные соединения с ионами поливалентных металлов, при этом с увеличением в их жирнокислотном составе содержания олеиновой кислоты, наряду с образованием внутримолекулярных координационных связей, отмечено образование и межмолекулярных координационных связей.

Впервые определена устойчивость комплексных соединений негидратируемых фосфолипидов безэруковых рапсовых масел (фосфатидилсеринов, фосфатидилинозитолов и фосфатидных кислот) с ионами поливалентных металлов, при этом установлено, что, чем больше содержание олеиновой кислоты в негидратируемых фосфолипидах, тем выше устойчивость этих соединений.

Установлено, что комплексообразующая способность водного раствора реагента рНЗ, состоящего из лимонной кислоты, хлорида натрия и гидроксида натрия (соотношение 1:0,4:0,1) с ионами поливалентных металлов ниже, чем комплексообразующая способность лимонной и янтарной кислот с ионами указанных металлов.

Выявлено, что по комплексообразующей способности с ионами железа и меди однозамещенный лимоннокислый натрий не уступает янтарной кислоте.

Практическая значимость. Установлено, что эффективным реагентом, разрушающим комплексные соединения негидратируемых фосфолипидов безэруковых рапсовых масел с ионами поливалентных металлов, является реагент, состоящий из лимонной кислоты и однозамещенного лимоннокислого натрия при их соотношении 2:1.

Показано, что механохимическая активация (МХА) системы «негидратируемые фосфолипиды — модельное масло» при установленных режимах увеличивает эффективность гидратации фосфолипидов в результате снижения площади полярной части молекул негидратируемых фосфолипидов и более плотной их упаковки на границе раздела фаз с гидратирующим агентом.

Установлено, что предварительная обработка системы «гидратированное масло — фосфолипидная эмульсия» в постоянном магнитном поле с индукцией 0,9 Тл позволяет сократить время экспозиции системы и снизить ее седиментационную устойчивость, тем самым увеличить эффективность отделения фосфолипидной эмульсии.

Разработана усовершенствованная технология гидратации безэруковых рапсовых масел и получения фосфолипидных концентратов с применением комплексного гидратирующего агента, состоящего из лимонной кислоты и однозамещенного лимоннокислого натрия, и метода МХА.

Выявлена корреляционная зависимость между массовой долей фосфолипидов в нерафинированных рапсовых маслах и их удельной электропроводностью, что позволило оперативно контролировать массовую долю фосфолипидов в маслах, поступающих на гидратацию в промышленных условиях.

Выявлена зависимость оптимального количества гидратирующего агента от удельной электропроводности нерафинированных безэруковых рапсовых масел, направляемых на гидратацию.

Разработаны технологическая инструкция на производство гидратированных безэруковых рапсовых масел и фосфолипидных концентратов (ТИ 9146−039−2 067 862−03) и проект технических условий на «Концентраты фосфолипидные рапсовые» (ТУ 9146−040−2 067 862−03).

На защиту выносятся следующие положения:

— данные по групповому составу гидратируемых и негидратируемых фосфолипидов рапсового масла;

— особенности химического состава гидратируемых и негидратируемых фосфолипидов нерафинированного рапсового «* масла;

— результаты по определению устойчивости сложных комплексных соединений негидратируемых фосфолипидов с ионами поливалентных металлов;

— разработанный способ гидратации безэруковых рапсовых масел комплексообразующим реагентом, состоящим из лимонной кислоты и однозамещенного лимоннокислого натрия;

— результаты по влиянию метода механохимической активации г на эффективность гидратации;

I *.

— выявленное влияние метода механохимической активации на площадь полярной части молекул негидратируемых фосфолипидов и величину адсорбции Гиббса;

— технологические режимы гидратации безэрукового рапсового масла и получения фосфолипидного концентрата;

— результаты изучения. качественных показателей полученных ^ гидратированных рапсовых масел;

— результаты изучения качественных показателей полученных фосфолипидных концентратов- «*.

— результаты оценки экономической эффективности разработанной технологии. щ.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

В работе выполнен комплекс исследований, позволивших выявить особенности группового и химического состава фосфолипидов масел семян рапса современной селекции и на основе полученных данных разработать усовершенствованную технологию их гидратации и получения фосфолипидных концентратов.

1. При исследовании фосфолипидов масел семян рапса современной селекции установлено:

— гидратируемость фосфолипидов безэруковых рапсовых масел зависит от их жирнокислотного состава, при этом, чем выше содержание олеиновой кислоты в составе жирных кислот масла, тем ниже гидратируемость фосфолипидов;

— групповой состав гидратируемых фосфолипидов безэруковых рапсовых масел не зависит от их жирнокислотного состава, в отличие от группового состава негидратируемых фосфолипидов;

— с увеличением содержания олеиновой кислоты в составе негидратируемых фосфолипидов увеличивается содержание фосфатидилсеринов и фосфатидилинозитолов, при этом содержание фосфатидных кислот и дифосфатидилглицеринов практически не изменяется, а содержание фосфатидилэтаноламинов снижается;

— состав жирных кислот гидратируемых фосфолипидов идентичен составу жирных кислот нерафинированных масел, а состав жирных кислот негидратируемых фосфолипидов отличается от гидратируемых фосфолипидов. большим содержанием олеиновой кислоты, отсутствием эруковой, эйкозеновой и линоленовой кислотс увеличением содержания олеиновой кислоты в жирнокислотном составе негидратируемых фосфолипидов увеличивается содержание ионов поливалентных металлов (Са, Mg, Ре, Си):

— в негидратируемых фосфолипидах (фосфатидилсеринах и фосфатидилиннозитолах) обнаружены пигменты группы хлорофилла, а именно хлорофилл в и феофитин в, образованные в результате взаимодействия МН2 групп молекул фосфолипидов и С=0 групп формильного остатка пигментов;

— в составе негидратируемых фосфолипидов (фосфатидилэтаноламинах, • фосфатидилсеринах) углеводы не обнаружены;

2. Методом ИК-спектроскопии установлено, что негидратируемые фосфолипиды безэруковых рапсовых масел представляют собой сложные комплексные соединения с ионами поливалентных металлов, при этом с увеличением в их жирнокислотном составе содержания олеиновой кислоты, наряду с образованием внутримолекулярных координационных связей, отмечено образование и межмолекулярных координационных связей.

3. Впервые определена устойчивость комплексных соединений негидратируемых фосфолипидов безэруковых рапсовых масел (фосфатидилсеринов, фосфатидилинозитолов и фосфатидных кислот) с поливалентными металлами, при этом установлено, что, чем больше содержание олеиновой кислоты в негидратируемых фосфолипидах, тем выше устойчивость этих соединений.

4. Установлено, что комплексообразующая способность водного раствора реагента рНЗ, состоящего из лимонной кислоты, хлорида натрия и гидроксида натрия (соотношение 1:0,4:0,1) с ионами поливалентных металлов ниже, чем комплексообразующая способность лимонной и янтарной кислот с ионами указанных металлов.

Выявлено, что по комплексообразующей способности с ионами железа и меди однозамещенный лимоннокислый натрий не уступает янтарной кислоте.

5. Установлено, что эффективным реагентом, разрушающим комплексные соединения негидратируемых фосфолипидов безэруковых рапсовых масел с ионами поливалентных металлов, является реагент, состоящий из лимонной кислоты и / однозамещенного лимоннокислого натрия при их соотношении 2:1.

6. Показано, что механохимическая активация системы «негидратируемые фосфолипиды — модельное масло» при установленных режимах увеличивает эффективность гидратации фосфолипидов в результате снижения площади полярной части молекул негидратируемых фосфолипидов и более плотной их упаковки на границе раздела фаз с гидратирующим агентом.

7. Установлено, что предварительная обработка системы «гидратированное масло — фосфолипидная эмульсия» в постоянном магнитном поле с индукцией 0,9 Тл позволяет сократить время экспозиции системы и снизить ее седиментационную устойчивость, тем самым увеличить эффективность отделения фосфолипидной эмульсии.

8. Выявлена корреляционная зависимость между массовой долей фосфолипидов в нерафинированных рапсовых маслах и их удельной электропроводностью, что позволило оперативно контролировать массовую долю фосфолипидов в маслах, поступающих на гидратацию в промышленных условиях.

9. Разработана усовершенствованная технология гидратации безэруковых рапсовых масел и получения фосфолипидных концентратов с применением комплексного гидратирующего агента, состоящего из лимонной кислоты и однозамещенного лимоннокислого натрия, и метода МХА.

Разработаны технологическая инструкция на производство гидратированных безэруковых рапсовых масел и фосфолипидных концентратов (ТИ 9146−039−2 067 862−03) и технические условия на.

Концентраты фосфолипидные рапсовые" (ТУ 9146−040−20 678 622 003).'.

10. Разработанная технология гидратации безэруковых рапсовых масел и получения фосфолипидных концентратов проверена в опытно-промышленных условиях на ОАО «Усть-Лабинский эфирномаслоэкстракционный комбинат «Флорентина» и принята к внедрению во II квартале 2004 г.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанной технологии составит более 1,2 млн. руб в год.