Образование транс-кислот в твёрдых гидрированных саломасах получаемых из хлопковых масел

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрены вопросы образования элаидиновой кислоты при получении гидрированных саломасов с различной температурой плавления (44 и 59°С). Установлено, что чем больше глубина гидрирования хлопкового масла с целью получения высокотвёрдых саломасов существенно уменьшается содержание образующихся транс-кислот, сомнительных для употребления в составе пищевых жиров, например маргаринов.

ABSTRACT

In this article discussesed the formation of elaidic acid during the preparation of hydrogenated fats with different melting points (44 and 59°C). It has been established that the greater the depth of hydrogenation of cottonseed oil in order to obtain highly hard hydrogenated fats, the content of the formed trans-acids, which are doubtful for consumption in the composition of edible fats, for example, margarines, significantly decreases.

Ключевые слова: гидрогенизация, хлопковое масло, транс-кислота, хроматография, ИК-спектроскопия, жирно-кислотный состав.

Keywords: hydrogenation, cottonseed oil, trans-acid, chromatography, IR spectroscopy, fatty acid content.

Для производства кондитерских, хлебопекарных, фритюрных жиров и маргаринов различного назначения (столовый, бутербродный и т.п.) в основном используют гидрирование саломасы с необходимыми физико-химическими показателями [1, 2]. Гидрирование саломасы в процессе насыщения непредельных жирных кислот (линоленовой, линолевой, олеиновой и др.) образуют значительных количествах транс-кислоты, которые в отличии от нормальных цис-кислот имеют высокие температуры плавления и твёрдости, а также содержание трудно осваиваемых триацилглицеридов. Поэтому, в настоящее время ведутся широкомасштабные научно-исследовательские работы по снижению содержания твёрдых транс-кислот в гидрированных саломасах, используемых для пищевого назначения [3, 4].

Учитывая это, нами были проведены исследования по определению количества образующихся транс-кислот в различных по степени насыщения саломасах, что позволяет направленно регулировать технологические параметры процесса гидрогенизации.

Известно, что транс-кислоты образуются при нехватке водорода на активных центрах гидрирующих растительные масла и жиры катализаторах, при каталитической токсикации активных центров катализаторов насыщающих ненасыщенные жирные кислоты, при высокой температуре процесса гидрогенизации масел и жиров, когда вязкость среды и растворимость водорода сильно увеличивается, при неселективном высокоактивным гидрировании жирных кислот на поверхности применяемых катализаторов и др. [5].

В нашем случае, мы изучили гидрирующую активность никельевого катализатора марки Nysosel-820, который считается высокоселективным и достаточно активным изомеризующим контактом.

Опыты проводили в лабораторной установке для гидрирования растительных масел и жиров на порошкообразных никельевых катализаторах при температуре 220-240°С пи перемешивание фаз 100 об/мин [6]. Количество подаваемого водорода ровнялось 1,2 л/мин.

Температура плавления - это теипература, при которой данное вещество переходит в жидкие состояние из твердого. Так как жиры представляют сложную систему, образуемую глицеридами различных жирных кислот, то они не обладают резко выраженной температурой плавления, а плавятся в некотором интервале температур. Поэтому температура плавления жиров представляет собой условную величину, характеризующую начало перехода их из твердого состояния в жидкое [7].

Твердость (пенетрация) - Для определения твердости жиров (в г/см) широко используется твердомер Каминского, измеряющий нагрузку, необходимую для разрезания проволокой определенного сечения образца жира, закристаллизованного в стандартных условиях. Метод определения твердости по Каминскому описан в [8].

Жирно-кислотный состав определяли на хроматографе 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 270°С. Газ-носитель – гелий [9].

Результаты анализов по жирно-кислотному составу осуществляли на основе хроматограммы, представленных на рис. 1.

Рис. 1. Хроматограмма гидрированного саломаса, полученного на основе гидрогенизации хлопкового масла на никельевом катализаторе марки Nysosel-820

Из рис. 1 видно, что в саломасах, полученных из хлопкового масла в основном, содержатся следующие жирные кислоты: линолевая, олеиновая, пальмитоолеиновая, пальмитиновая и стеариновая. Из них две последние являются насыщенными жирными кислотами и практически не изменяются в процессе гидрогенизации хлопкового масла. На основе хроматограммы представленный на рис. 1, нами рассчитаны содержания вышеназванных жирных кислот, результаты которых представлены в табл. 1.

Из табл. 1 видно, что действительно содержания вышеназванных кислот хлопкового масла практически увеличиваются после их гидрогенизации за счет предыдущих ненасыщенных жирных кислот. Как и следовало ожидать, при гидрогенизации хлопкового масло на вышеназванном катализаторе образуется транс-кислота в олеиновой кислоте в количестве 28,9% от массы жирных кислот саломаса. Это значительное содержание дающее основание на сомнение его пригодности для пищевых целей.

Таблица 1.

Компьютерный результат расчета жирно-кислотного состава хлопкового саломаса, полученного на катализаторе марки Nysosel-820

Поэтому, мы решили повторить вышеназванные анализы для двух образцов саломасов с различной степенью ненасыщенности, т.е. температуры плавления. Полученные результаты анализов хлопковых саломасов с температурой плавления 44°С (контроль) и 59°С представлены в табл. 2.

Таблица 2.

Жирно-кислотные составы саломасов с различной степенью ненасыщенности и температурой плавления

Из табл. 2 видно, что при получении хлопкового саломаса с температурой плавления 59°С по количественному вкладу, жирные кислоты располагаются в следующем порядке убывания: стеариновая (С_18:0) > пальмитиновая (С_16:0) > миристиновая (С_14:0) > маргариновая (С_17:0) ≥ арахиновая (С_20:0) бегеновая (С_22:0) кислоты. При этом, ненасыщенные жирные кислоты располагаются в следующем порядке: цис-олеиновая (С_18:1(9)) > транс-олеиновая (С_18:1(9t)) > линолевая (С_18:2) кислоты. Кроме того, количество транс-изомеризированных жирных кислот в хлопковом саломасе с температурой плавления 59°С меньше, чем саломас с температурой плавления 44°С.

Далее, нами методом ИК спектроскопии были исследованы структурные особенности основных жирных кислот хлопковых саломасов в виде их метиловых эфиров. Спектры данных анализов представлены на рис. 2-6.

Сравнение ИК-спектров четырёх основных жирных кислот, содержащихся в хлопковом саломасе с температурой плавления 44°С показало, что данные кислоты имеют различную степень связанности между молекулами.

Используя ИК-спектр представленный на рис. 2-6 и следующую формулу нами рассчитано содержание транс-кислот в хлопковом саломасе с температурой плавления 44°С:

где:

Х – количество транс-кислот, %;

К – коэффициент поглощения смеси метилового эфира жирных кислот ХС с температурой плавления 44°С при 970 см^-1;

К_s – средний коэффициент поглощения метиловых эфиров олеиновой и стеариновой кислот при 970 см^-1;

К_е – коэффициент поглощения смеси метилового эфира транс-олеиновой (элаидиновой) кислоты при 970 см^-1.