Исследование изменений состава жирных кислот хлопкового соапстока при их фракционировании

АННОТАЦИЯ

В Узбекистане функционируют более 20 предприятий по производству масложировой продукции, где в основном производят и перерабатывают хлопковое масло. При щелочной рафинации хлопкового масла образуется соапсток, который доомыляют щелочью и далее с использованием серной кислоты разлагают на жирные кислоты. В составе хлопкового масла содержится до 24% пальмитина, но из-за того, что щелочь реагирует с пальмитином и образует его натриевые соли, выход пальмитина увеличивается до 32%.

В настоящее время из-за высокой потребности промышленности в жирных кислотах приходится закупать их за рубежом за валюту. Например, лакокрасочный завод для производства олифы, лаков и другой продукции использует олеиновую кислоту, которую импортируют из КНР, а мылозаводы для получения мыла закупают насыщенные жирные кислоты (пальмитини, стеарин) за твердую валюту. Необходимо отметить, что потребность в жирных кислотах растёт с каждым годом.

Проведенные исследования контрольных образцов позволяют сделать вывод о том, что они получены из высокоолеиновых масел, т. к. общее содержание ненасыщенных кислот составляет 82,79%, а у образцов олеино-пальмитиновой смеси кислот АО «Ургенч ёг-мой» – 53,62%. При этом температура застывания контрольного образца в 2 раза ниже, чем у последнего. Поэтому дальнейшие исследования авторов направлены на совершенствование процесса разделения жирных кислот на насыщенные и ненасыщенные фракции.

ABSTRACT

More than 20 enterprises of the production of fat and oil products function in Uzbekistan, and cottonseed oil is mainly produced and processed there. A soap stock is formed under alkaline refining of cottonseed oil which is saponified with alkali and decomposed into fatty acids with the use of sulfuric acid. Cotton oil contains up to 24% of palmitic, but due to the fact that alkali reacts with palmitin and its sodium salts are formed, the yield of palmitini increases to 32%.

 Nowadays due to the high demand of the industry for fatty acids, it is necessary to purchase them from foreign countries for currency. For example, the paint and varnish plant uses oleic acid to produce linseed oil, varnishes and others imported from China, and soap plants purchase saturated fatty acids (palmitini, stearin) for hard currency in order to obtain soap. It should be noted that the necessity for fatty acids is growing every year.    

Conducted research of control samples allow us to conclude that they are obtained from highly oleic oils as the total content of unsaturated acids is 82.79%, and 53.62% in the samples of the olein-palmitic acid mixture of AO “Urgench Yog-Moy”. The chilling point of the control sample is 2 times lower than in the last one. Therefore, our further research is aimed at improving the separation process of fatty acids into saturated and unsaturated fractions.

Введение

В Узбекистане функционируют более 20 предприятий по производству масложировой продукции, где в основном производят и перерабатывают хлопковое масло. При щелочной рафинации хлопкового масла образуется  соапсток, который доомыляют щелочью и далее с использованием серной кислоты разлагают на жирные кислоты. В составе хлопкового масла содержится до 24% пальмитина, но из-за того, что щелочь реагирует с пальмитином и образует его натриевые соли, выход пальмитина увеличивается  до 32%.

В настоящее время из-за высокой потребности промышленности в жирных кислотах приходится закупать их за рубежом за валюту. Например, лакокрасочный завод для производства олифы, лаков и другой продукции использует олеиновую кислоту, которую импортируют из КНР, а мылозаводы для получения мыла закупают насыщенные жирные кислоты (пальмитини, стеарин) за твердую валюту. Необходимо отметить, что потребность в жирных кислотах растёт с каждым годом [2].

В последние годы объем импортируемых жирных кислот снижается из-за их высокой стоимости, что приводит к замене на более дешевые местные жирные кислоты.

При производстве рафинированного растительного масла на стадии  щелочной рафинации жиров образуется значительное количество соапстоков.

Соапсток – это продукт взаимодействия свободных жирных кислот,  глицеридов и других омыляемых веществ со щелочными растворами.  Соапсток имеет сложный и непостоянный состав, зависящий от природы масла или жира и его свойств (кислотного числа, количества сопутствующих веществ и др.), а также метода рафинирования и точности осуществления технологического процесса. Соапсток содержит водный раствор мыла, масла, соединений фосфора, триглицериды, глицерин, красящие вещества, минеральные и механические примеси и др. [1].

Доомыленный соапсток обрабатывают серной кислотой и получают сырые жирные кислоты, что приводит к образованию значительного объема кислых сточных вод, подлежащих дополнительной очистке перед сбросом в канализацию [3].

Исходя из вышеперечисленных нужд народного хозяйства в жирных кислотах, с научно-практической точки зрения целесообразно их разделение на насыщенные и ненасыщенные фракции и очистка полученных фракций жирных кислот адсорбционным способом с применением местных эффективных адсорбентов.

Безусловно, производство и практическое применение разделенных и очищенных фракций жирных кислот многократно увеличит производство товаров на основе местных жирных кислот и приведет к значительной экономии валютных средств республики.

Объекты и методы исследования

Основными объектами были выбраны соапсток и смесь ЖК АО «Ургенч ёг-мой», жирнокислотный состав образцов определяли по [2].

Полученные научные результаты и их обсуждение

Принято разделять кислоты, содержащиеся в жирах, на две категории: главные и второстепенные. Главными считаются кислоты, содержание которых в жире превышает 10%.

Все кислоты распределены таким образом, что образуется по возможности большее число смешанных глицеридов («принцип равномерного распределения»). Иными словами, каждая молекула глицерида стремится к более гетерогенному составу.

Для выделения кислот из жиров и разделения смесей кислот применяют разнообразные методы, например кристаллизацию при низкой температуре, образование комплекса с мочевиной и с циклическими доктринами (клатратное разделение), противоточную экстракцию и хроматографию в различных формах, но главным образом хроматографию на бумаге и газожидкостную хроматографию. Последний метод является наиболее перспективным [2].

Для очистки смесей кислот и их разделения на индивидуальные составляющие наиболее широко применяют перегонку, в частности дистилляцию с водяным паром и ректификацию. Основным недостатком промышленной реализации перегонки высших жирных кислот является неудовлетворительное качество конечной продукции и неоправданно высокие энергетические затраты. Это обусловлено, прежде всего, несовершенством существующих технологий очистки и разделения жирных кислот.

Сегодня в промышленности техническую олеиновую кислоту получают из дистиллированных жирных кислот различных растительных масел. В АО «Ургенч ёг-мой» выпускается смесь жирных кислот, которая в основном применяется в производстве хозяйственных мыл. Но в составе этих смесей присутствуют значительные количества насыщенных и ненасыщенных кислот.

Целью данной работы является разработка технологии разделения смесей жирных кислот на насыщенные и ненасыщенные фракции.

Для этого авторами в лабораторных условиях изучен состав получаемых смесей следующим методом:

Образцы обрабатывали 10%-ным раствором КОН в метаноле. Полученные мыла разлагали 50%-ным водным раствором H₂SO₄. Жирные кислоты экстрагировали трижды диэтиловым эфиром. Далее эфирные вытяжки промывали дистиллированной водой до нейтральной среды, сушили над сульфатом натрия, затем эфир отгоняли. Жирные кислоты метилировали свежеприготовленным диазометаном. Очистку полученных метиловых эфиров проводили в тонком слое силикагеля в системе растворителей гексан: диэтиловый эфир 4:1, зону МЭ проявили в парах J₂, и метиловые эфиры элюировали с силикагеля хлороформом. После удаления хлороформа МЭ растворяли в гексане и анализировали на проборе Agilent Technologies 6890 N с пламенно-ионизационным детектором, используя капиллярную колонку длиной 30 м с внутренним диаметром 0,32 мм с нанесенной фазой НР-5 при температуре от 150 до 270⁰С. Газ-носитель – гелий. Составы и содержание жирных кислот представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Жирнокислотный состав изучаемых образцов жирных кислот

На рис. 1 представлен жирнокислотный состав контрольного образца  Z-55 (Китай) (а), соапстока АО «Ургенч ёг-мой» (б) и олеино-пальмитиновой смеси кислот АО «Ургенч ёг-мой» (в).

а)

б)

в)

Рисунок 1. Хроматограммы жирнокислотного состава контрольного образца Z-55 (Китай) (а), соапстока АО «Ургенч ёг-мой» (б) и олеино-пальмитиновой фракции кислот АО «Ургенч ёг-мой» (в).

Из табл. 1 и рис. 1 видно изменение соотношений насыщенных и ненасыщенных ЖК. Из табл. видно, что в соапстоке АО «Ургенч ёг-мой» ненасыщенных ЖК в 1,2 раза больше, а насыщенных ЖК – в 0,7 раза меньше, чем в смеси ЖК АО «Ургенч ёг-мой». Это ещё больше усложняет разделение ненасыщенных ЖК из насыщенных.

В образце соапстока количество палмитиновой кислоты составляет 30,39%, а после дистилляции в смесях жирных кислот этот показатель равен 40,14%. Количество олеиновой кислоты – 24,70%, а после дистилляции – 26,58%.

Далее изучены физические показатели смеси жирных кислот АО «Ургенч ёг-мой». Для сравнения физических показателей авторами исследован китайский олеин марки Z-50, полученный из оливкового масла.

Результаты испытания приведены в табл. 2.

Таблица 2.

Физические показатели смесей жирных кислот АО «Ургенч ёг-мой» говорят о том, что плотность смеси жирных кислот АО «Ургенч ёг-мой» при температуре 21-22⁰ С намного больше, чем у контрольного образца Z-50 (Китай). Температура застывания проб в 2 раза выше, чем у контрольного образца Z-50 (Китай).

Вывод

Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что контрольный образец олеиновых кислот, полученных из высокоолеиновых масел, содержит ненасыщенных кислот 82,79%, а у образцов олеино-пальмитиновой смеси кислот АО «Ургенч ёг-мой» 53,62%; также температура застывания контрольного образца в 2 раза ниже, чем у контрольного. Поэтому в дальнейших исследованиях необходимо совершенствовать процесс фракционирования на насыщенные и ненасыщенные фракции.