ПОЛУЧЕНИЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЖИРОВ С УЛУЧШЕННЫМИ КАЧЕСТВЕННЫМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ

АННОТАЦИЯ

Процесс гидрирования жиров представляет собой совокупность ряда химических реакций, протекающих с участием водорода и катализатора. В ходе процесса протекают побочные реакции, которые в совокупности снижают качество и выход конечного продукта. Для совершенствования традиционного способа получения модифицированных жиров наряду с местными адсорбентами рекомендуется использовать синтетические цеолиты, которые легче поддаются регенерации. Результаты показали, что цеолиты можно использовать в ходе предварительной очистки гидрируемого сырья, а также добавлять непосредственно в гидрируемую среду. Получаемые твердые жиры с улучшенными качественными показателями могут быть использованы в пищевой промышленности и фармацевтике для производства суппозиторных лекарств.

ABSTRACT

The process of hydrogenation of fats is a combination of a number of chemical reactions occurring with the participation of hydrogen and a catalyst. During the process, side reactions occur, which together reduce the quality and yield of the final product. To improve the traditional method of producing modified fats, along with local adsorbents, it is recommended to use synthetic zeolites, which are easier to regenerate. The results showed that zeolites can be used during the preliminary purification of hydrogenated raw materials, as well as added directly to the hydrogenated medium. The resulting solid fats with improved quality characteristics can be used in the food industry and pharmaceuticals for the production of suppository drugs.

Ключевые слова: модифицированные жиры, гидрогенизация, катализатор, хлопковое масло, гидрогенизат, детоксикация, адсорбенты, цеолит.

Keywords: modified fats, hydrogenation, catalyst, cottonseed oil, hydrogenate, detoxification, adsorbents, zeolite.

Введение. В различных отраслях пищевой промышленности, фармацевтике, косметологии широкое применение находят твердые жиры. Однако в виду ограниченности ресурсов натуральных твердых жиров все чаще применяются модифицированные жиры, т.е. жиры, подвергшиеся химической и физической модификации.

Модифицированные жиры используются в производстве маргариновой продукции, спредов, шортенингов, кондитерских жиров, заменителей масла какао, косметического стеарина, суппозиторий и многих других. Жиры и масла являются обязательными компонентами различных кондитерских масс, в том числе и шоколадной и жировой глазури. Жиры обеспечивают структурные показатели кондитерских изделий, повышают пищевую ценность, улучшают вкус и способствуют сохранению аромата шоколадных изделий. Жиры и масла можно отнести к функциональным продуктам, они составляют основу рациона питания человека [ 1, 2].

Все большее распространение в медицинской практике всех стран мира получают суппозиторные лекарства. Это объяснятся их положительными свойствами и отсутствием негативных эффектов, присущих пероральным и инъекционным препаратам. В качестве липофильных основ для получения суппозиториев применяют масло какао, сплавы масла какао с парафином и гидрогенизированными жирами, растительные и животные гидрогенизированные жиры и т.д.

Существуют различные способы получения твердых модифицированных жиров. Наиболее традиционным методом получения жиров с заданной твердостью является метод гидрогенизации растительных масел. Такие жиры обладают высокой сопротивляемостью к окислению, однако содержат транс кислоты. Содержание транс кислот, отрицательно влияющих на метаболические процессы, происходящие в организме человека, ограничивает применение гидрированных жиров в пищевых целях  [2].

Твердые масла можно получать и другими способами. К примеру, методом смешивания жидких растительных масел с пальмитином, стеарином, пальмовым маслом и т.д. Однако, эти смеси имеют невысокую устойчивость к окислению [3].

Другим методом является фракционирование растительных масел. Примером фракционированной жировой основы является получение стеариновой фракции при винтеризации хлопкового масла. Эта жировая основа используется при производстве твердых маргаринов. Фракционированный стеарин имеет более низкую устойчивость к окислению, чем гидрогенизированные продукты [4].

Наиболее перспективным методом является метод переэтерификации. Способность изменять температуру плавления и другие функциональные свойства без изменения жирнокислотного состава полученных жиров придает этому процессу много возможностей. Добавление их в жировую основу специализированных жиров улучшает их структурно-механичекие свойства. Ферментативная переэтерификация протекает при более низких температурах, однако ферментные препараты для осуществления данного процесса в нашей республике не производятся [5].

Целью работы является совершенствование процесса гидрогенизации для получения твердых жиров с улучшенными качествами методом гидрирования хлопкового масла для последующего использования в качестве жировых основ в производстве специализированных жиров.

Материалы и методы исследования

Математический анализ подсистем и процессов технологических линий гидрогенизации показал, что низкая степень их стабильности обусловлена рядом причин, к которым можно отнести колебания в физико-химических показателях гидрируемого сырья, отклонения в режимах процесса, побочные реакции и др. [6].

Для достижения поставленной цели были изучены физико-химические показатели рафинированного хлопкового масла и полученных саломасов, В соответствии с поставленной целью использовали стандартные методы исследования. Исследования проводились несколько раз, результатами экспериментов являются средние значения показателей [7].

Гидрированию подвергали хлопковое масло с йодным числом 109,3% J₂ кислотным числом 0,4 мг КОН, цветностью 5-11 кр.ед. в 13,5 см слое._,

Жирнокислотный состав масла и гидрогенизатов определяли методом газожидкостной хроматографии. Газом носителем служил гелий. Для определения жирнокислотного состава жирные кислоты переводили в метиловые эфиры. Количественное содержание жирных кислот рассчитывали по площадям пиков в процентах по стандартной методике [8].   

Твердость гидрогенизатов определяли на анализаторе текстуры «LFRA-BROOKFELD», предназначенном для исследования реологических характеристик свойств твердых веществ. Метод основан на измерении нагрузки, вызывающей деформацию испытуемого образца в стандартных условиях.

Температуру плавления гидрогенизата определяли по стандартной методике [7]

Результаты и обсуждение

Процесс гидрирования это сложный гетерогенный процесс, протекающий в присутствии металлических никелевых катализаторов. Хлопковое масло даже в рафинированном виде содержит некоторое количество сопутствующих веществ, отрицательно влияющих на активность катализаторов. Применяемые в промышленности катализаторы очень чувствительны к таким веществам как свободные жирные кислоты, пигменты (производные госсипола, хлорофилл), фосфатиды, влага и т.д. В процессевысокотемпературного гидрирования растительных масел образуются и другие соединения. К примеру, гетероганные катализаторы ускоряют гидролиз триглицеридов, в результате в гидрируемых жирах накапливаются своболные жирные кислоты, диглицериды, моноглицериды, глицерин. Часть этих веществ подвергается дальнейшему распаду, образуя углеводороды, альдегиды, акролеин. Кроме того происходит взаимодействие катализатора с различными примесями, содержащимися в маслах. В совокупности перечисленные реакции снижают качество саломаса, увеличивают расход катализатора. Для подавления побочных реакций и предотвращения отравления катализаторов необходимы тщательная очистка гидрируемого сырья и водорода. Предотвратить детоксикацию катализаторов можно методом глубокой многократной рафинацией масла, а также путем ввода детоксикантов (веществ, нейтрализующих каталитические яды) в гидрируемую среду.

На первом этапе исследования хлопковое масло дополнительно очищали в стационарном слое адсорбента. В качестве адсорбента использовали цеолит марки NaX (связующее вещество - каолинит). Результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Изменение показателей рафинированного хлопкового масла до и после доочистки в стационарном слое цеолита NaX (связующее вещество - каолинит)

Полученные результаты (табл.1) показали, что дополнительная очистка рафинированного хлопкового масла в стационарном слое цеолита позволяет снизить содержание сопутствующих веществ, отрицательно влияющих на скорость процесса гидрирования и активность применяемого катализатора. Из представленных результатов видно, что в результате такой «доочистки» в рафинированном масле уменьшаются количество свободных жирных кислот на 0,2 мг КОН, фосфатидов, мыла, производных госсипола. Цветность масла снижается на 4,32 единицы, незначительно снижается перекисное число, йодное число. Наблюдаются изменения по отдельным видам жирных кислот, что указывает на их сродство данному адсорбенту.

В процессе адсорбционной очистки хлопковой мисцеллы в стационарном слое синтетического цеолита NaX было установлено, что кислотное число снизилось на 0,2 мг КОН, цветность на 8 кр.ед., количество мыла и производных госсипола – практически до 0 [9]. Известно, что применение цеолитов, имеющих молекулярно-ситовые свойства позволяет селективно удалять вредные вещества, содержащиеся в самом масле и растворителе.

На следующем этапе изучали влияния цеолитов на детоксикацию катализаторов гидрирования. С этой целью в лабораторных условиях подвергли гидрогенизации рафинированное хлопковое масло на промышленных никелевых катализаторах. В качестве адсорбентов-детоксикантов ранее применяли активированные природные минералы: бентонит, каолин, палыгорскит. Исследования показали. что введение 2% адсорбентов от веса  масла позволило интенсифицировать процесс гидрогенизации хлопкового масла и получить высокотвердый саломас для кондитерской промышленности [9].

Мы также изучили возможность применения в качестве адсорбентов –детоксикантов синтетических цеолитов. Результаты гидрирования хлопкового масла на дисперсном никелевом катализаторе с добавкой 3% цеолита представлены в табл.2.

Таблица 2.

Показатели гидрогенизатов, полученных при гидрировании хлопкового масла с добавкой цеолита NaX и без него

Полученные результаты (табл.2) показывают, что с введением цеолита йодное число гидрогенизатов в зависимости от продолжительности процесса снизилось на 48,1% (без цеолита на 43,4%) по сравнению с исходным маслом. Также увеличилась твердость и температура плавления продукта. Эти результаты показывают, что введение цеолита способствует интенсификации процесса гидрогенизации. Введенный цеолит, находясь во взвешенном состоянии адсорбирует вещества, приводящие к дезактивации катализатора. Анализ жирнокислотного состава гидрогенизата показал, что с увеличением скорости процесса наблюдается некоторое снижение его селективности.

Таким образом, данный способ гидрирования растительных жиров позволяет получать твердые жиры, которые можно использовать при переэтерификации для получения продуктов без транскислот.

Заключение.

Для получения качественных твердых жиров из растительных масел путем гидрогенизации, интенсификации данного процесса и предотвращения детоксикации используемого катализатора исходное рафинированное хлопковое масло пропускали через стационарный слой синтетического цеолита NaX. В результате такой «доочистки» улучшились физико-химические показатели масло, что положительно влияет на сам процесс гидрирования.

Синтетический цеолит NaX использовали и в процессе гидрогенизации хлопкового масла. Адсорбент добавляли в гидрируемую среду в количестве 3% от веса масла вместе с дисперсным никелевым катализатором. В результате проведенных исследований установлено, что скорость процесса увеличилась, улучшилось также качество получаемого продукта. Полученные твердые жиры с улучшенными качественными показателями могут быть использованы в пищевой промышленности и фармацевтике для производства суппозиторных лекарств.

Применение различных адсорбентов требует изучения методов его регенерации для повторного использования.

Список литературы:

1. Арутюнян H.C., Корнена Е.П., Янова А.И. и др. Технология переработки жиров. Учебник. 2-е изд. М. Пищепромиздат, - 1998. - 451с.
2. Глушенкова А.И., Маркман А.Л. Гидрогенизация жиров. //Ташкент: Фан, 1979.-144 с.
3. Экхард, Ф. Структурный жир с высоким содержанием стеариновой кислоты и спред на его основе / Ф. Экхард // Масла и жиры. – 2014. – № 5/6. – С. 16–18.
4. Tereshchuk, L. Theoretical and Practical Aspects of the Development of a Balanced Lipid Complex of Fat Compositions / L. Tereshchuk // Food and Raw Materials. – 2014. – № 2. – P. 59–67.
5. Suvanova F., Umirova Z. Problems of the production of modified fats. International scientific research journal   ISSN:2776-0979, Volume 3, Issue 5, May. 2022  -C.1186-1193
6. Суванова Ф.У., Исмоилова Х.Д. Повышение стабильности подсистемы процесса гидрогенизации. Chronos Journal. Журнал научных публикаций. №4, 2020, -С.194-199.
7. Руководство по методам исследования, технохимическому контролю и учету производства в масложировой промышленности.//Л.: ВНИИЖ, т.1, 1967,-585
8. N.T. Ul^’chenko, N.P. Bekker, A.I. Glushenkova, Chem. Nat. Compd., 36, 572 (2000)
9. Suvanova F.U., Ikromov O.N., Farmonov J.B. Sorbents for cleaning of vegetable oils. Universum: технические науки Научный журнал №5, 2019-С.31-34.