Подбор катализатора для гидропереэтерификации смесей масел и жиров

АННОТАЦИЯ

В данной статье показаны основные гидрирующие и переэтерифицирующие активности никель-медных катализаторов. Установлено влияние содержания никеля в никель-медных катализаторах на гидрирующие и переэтерифицирующие активность и на основные физико-химические показатели получаемых пищевых саломасов. Выявлено, что при окислении никель-медных катализаторов кислородом воздуха можно увеличить их переэтерифицирующую активность.

ABSTRACT

This article shows the main hydrogenation and interesterificationactivities of nickel-copper catalysts. The influence of the nickel content in nickel-copper catalysts on the hydrogenation and interesterificationactivity and on the main physical and chemical indicators of the obtained hydrogenated oil was established. It was found that oxidation of nickel-copper catalysts with atmospheric oxygen can increase their interesterificationactivity.

Ключевые слова: саломас хлопковый, гидропереэтерификации, транс кислота, хлопковый пальмитин, катализатор.

Keywords: hydrogenated cotton seed oil, hydro-interesterification, trans acid, cotton seed palmitine, catalyst.

Введение. Расширение ассортимента маргаринов и повышение их качества тесно связано с природой и способом применения катализатора гидрогенизации масел и жиров [1, 2].

Сегодня на многих гидрогенизационных заводах, где вырабатывают пищевые саломасы из растительных масел и жиров широко используют осажденные дисперсные никель-медные и никелевые катализаторы, получаемые на неорганических носителях (кизельгуре, силикагеле, окиси алюминия и т.п.). Все эти катализаторы нацелены на получение саломасов с высокой скоростью т.е. производительностью. Однако, такие катализаторы не всегда позволяют получать пищевые саломасы с требуемой реологией и органолептикой [3, 4].

Причиной всего является низкая переэтерифицируемая активность применяемых катализаторов, их высокая расщепляющая триацилглицеридов (ТАГ) активность и др. Поэтому, в настоящее время ведутся научно-исследовательские работы по повышению переэтерифицирующей активности дисперсных катализаторов и снижению их расщепляющей и окисляющей активности. При этом также решаются вопросы, связанные с образованием транс-кислот в составе саломасов и разработкой способов их снижения путем изменения работы активных центров как на поверхности, так и во внутренних порах осажденных никелевых катализаторов или добавлением промоторов [5, 6].

Ранее в Московском филиале ВНИИЖ под руководством к.т.н. Архипова П.А. были предложены никель-медные катализаторы (ВНИИЖ-1, ВНИИЖ-2 и т.п.) с повышенными переэтерифицирующими свойствами. Здесь, на ряду с активными центрами гидрогенизации на поверхности и внутренних порах катализаторов образуются окислы никеля, меди, железа и других металлов, которые организуют процессы внутримолекулярной и межмолекулярной переэтерификации при соответствующих условиях. Причем, окислы металлов в катализаторах образуются в токе подачи кислорода в каталитический реактор, где наблюдается снижение активности гидрирующего катализатора и повышается его переэтерифицирующая способность [7].

Конечно, такой полифункциональный катализатор трудно получить на чисто никелевой основе, который с трудом подвергается окислению в более «жестких» условиях.

Целью исследования является подбор катализатора для гидропереэтерификации смесей масел и жиров с целью повышения качества жировой основы и расширения ассортимента маргариновой продукции.

Основная часть. Учитывая многолетнюю практику применения никель-медных катализаторов на гидрогенизационных заводах Узбекистана нами для гидропереэтерификации смеси масел и жиров были использованы их соли на основе которых были получены контакты с окисленной поверхностью. Окисление полученных катализаторов осаждения осуществляли при 150-175°С в токе воздуха, обогащенного кислородом в течении 8-10 часов. Восстановление гидрирующей активности дисперсных катализаторов осуществляли традиционным способом [8].

На рис. 1 представлены изменения гидрирующей и переэтерифицирующей активностей дисперсных никель-медных катализаторов в зависимости от изменения соотношения использованных металлов.

Рисунок 1. Изменения гидрирующей (1) и переэтерифицирующей (2) активностей в зависимости от содержания никеля в дисперсном никель-медном катализаторе

Из рис. 1 видно, что с повышением содержания никеля в составе никель-медного катализатора гидрирующая активность повышается прямопропорционально, а переэтерифицирующая способность от 0 до 50% никеля экспоненциально растет и далее, резко, по такому же закону, уменьшается до 30%. Это свидетельствует о том, что переэтерифицирующая способность предпочитает использование никеля и меди в равных количествах.

Далее, нами было изучено изменение степени окисления никеля и меди в зависимости от времени их обработки кислородом.

Опыты осуществляли согласно вышеупомянутых условий обработки никель-медных катализаторов с различными соотношениями металлов.

Полученные результаты представлены на рис. 2.

Рисунок 2. Изменения гидрирующей (1) и переэтерифицирующей (2) активностей никель-медных катализаторов в зависимости от времени (τ) их окисления кислородом воздуха

Из рис. 2 видно, что с увеличением времени окисления дисперсных осажденных никель-медных катализаторов при соотношении металлов 1:1 гидрирующая активность (1) до 10 часов падает незначительно и далее, резко уменьшается до 35-40%, а переэтерифицирующая (2) активность сильно повышается по экспоненциальному закону до 10 часов обработки и далее, повышается относительно медленнее, чем первая половина процесса их окисления. Это говорит о том, что для необходимой переэтерификации жирных кислот в составе триацилглицеридов достаточно проводить окисление никель-медного катализатора в течении 10-12 часов.

Известно, что изменение природы и содержания гидрирующего катализатора, безусловно, отражается и на других физико-химических показателях получаемых саломасов. Учитывая это, данные показатели проанализированы в нерафинированных пищевых саломасах и саломасах, полученных на известном никель-медном катализаторе при соотношении металлов 1:1.

На рис. 3 показано изменение содержания транс-кислот в пищевых саломасах, полученных на известном (контроль) и предлагаемых катализаторах.

Рисунок 3. Изменение содержания транс- кислот (1) и окисленных продуктов (2) в саломасах в зависимости от содержания никеля в окисленных никель-медных катализаторах

Из рис. 3 видно, что образование транс кислот в саломасах (1) растет прямолинейно с увеличением доли никеля в окисленных никель-медных катализаторах от 0 до 100%, а содержание продуктов окисления (П.ч.) уменьшается от 18 до 5,5 ммоль ½О/кг получаемых саломасов.

Примерно такие же закономерности выявлены при изучении кислотного (К.ч.) и анизидинового (А.ч.) чисел, полученных саломасов на подобранных катализаторах (рис. 4).

Из рис. 4 видно, что с увеличением доли никеля в составе окисленного никель-медного катализатора кислотное число (1) саломаса повышается от 1,3 до 2,8 мг КОН/г. Такая же закономерность наблюдается и по анизидиновому числу (2), которая повышается от 1,0 до 5,0 усл. ед. Это можно объяснить тем, что никель основной металл гидрирования ненасыщенных жирных кислот по сравнению с медью сильно расщепляет триацилглицериды с образованием свободных жирных кислот. Повышение анизидинового числа саломасов происходит за счет повышения гидрирующей активности окисленного медного катализатора путем увеличения в его составе никеля.

Рисунок 4. Изменение кислотного (1) и анизидинового (2) чисел саломасов в зависимости от содержания никеля в никель-медном катализаторе

Заключение. Таким образом, результаты исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Для повышения переэтерифицирующей активности никель-медных катализаторов можно окислять их в токе воздуха обогащённым кислородом;
2. Из окисленных никель-медных катализаторов гидропереэтерификации масел и жиров достаточно оптимальным является контакт, состоящий из 50% никеля и 50% меди.
3. Полифункциональные свойства никель-медного катализатора, безусловно, влияют на качественные показатели получаемых саломасов т.е. на содержания транс кислот, первичных и вторичных продуктов окисления, расщепления свободных жирных кислот и др.
4. Для получения конкурентоспособных пищевых саломасов целесообразно использовать окисленные дисперсные (порошкообразные) никель-медные катализаторы, желательно при соотношении металлов никеля и меди равном 1:1.
5. Для получения высококачественных пищевых саломасов рекомендуется гидрировать смеси растительных масел и жиров на разработанных катализаторах.

Список литературы:

1. Ходжаев С.Ф., Абдурахимов С.А., Акрамова Р.Р., Хамидова М.О. Исследование показателей качества жировой основы маргарина при замене традиционного хлопкового масла сафлоровым // Universum: Химия и биология . -  2018. -  №10(52). -  С. 15-18.
2. Хамидова М.О. Абдурахимов С.А., Ходжаев С.Ф., Акрамова Р.Р. Системное исследование технологии получения маргариновых продуктов // Приоритетные направления инновационной деятельности в промышленности. – 2020. – С. 125-127.
3. Рабинович, Л.М. Гидрогенизация и переэтерификация жиров. - Санкт-Петербург: Профессия, 2013. – 238 с.
4. Товбин И.М., Меламуд Н.Л., Сергеев А.Г. Гидрогенизация жиров. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. – 296 с.
5. Сокольский Д.В., Жубанова К.А. Гидрирование растительных масел. – Алма-Ата: Наука, 1972. – 180 с.
6. Технология переработки жиров / Н.С. Арутюнян, Е.А. Аришева [и др.]. – М. : Агропромиздат, 1985. – 368 с.
7. Технология переработки жиров. Н.С. Арутюнян, Е.П. Корнена, А.И. Янова и др. Под. ред. проф. Н.С. Арутюняна. – 3-е издание. – М.: Пищепромиздат, 1990, - 452 с.
8. Руководство по технологии получения и переработки растительных масел и жиров. /Под. общ. ред. А.Г. Сергеева, Н.Л. Меламуда, Р.Л.  - Л.: ВНИИЖ, 1985. Т. II. кн.1. -287с.