канд. техн. наук, Ташкентский химико-технологический институт 100011, Узбекистан, Ташкент, улица Навоий, дом №32
Исследование переработки соевого масла и использование его при производство маргарина
Research of soybean oil processing and using it in producing margarine
25.12.2018
2075
Цитировать:
Исследование переработки соевого масла и использование его при производство маргарина // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Салиджанова Ш.Д. [и др.]. 2018. № 12 (57). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/6699 (дата обращения: 14.11.2024).
АННОТАЦИЯ
В работе исследована переработка соевого масла с целью получения фосфотидного концентрата и гидрированного жира. Определены оптимальные режимы процессов гидратации и гидрогенизации соевого масла. Разработаны рецептуры маргарина из местного жирового сырья: соевого масла, хлопкового масла и их саломасов, а также исследованы физико-химические показатели полученного маргарина.
ABSTRACT
In the work investigated the processing of soybean oil in order to obtain a phosphotide concentrate and hydrogenated fat. The optimal modes of water degumming and hydrogenation processes of soybean oil are determined. Developed the formulation of margarine from local fatty materials: soybean oil, cottonseed oil and their hydrogenated oils, and also investigated the physico-chemical parameters of the obtained margarine.
Ключевые слова: соевое масло, хлопковое масло, маргарин, саломас, янтарная кислота, жирнокислотный состав, ненасыщенные жирные кислоты, структурообразователь, диетический маргарин.
Keywords: margarine, hydrogenated oil, succinic acid, fatty acid composition, unsaturated fatty acids, structure-forming agent, dietary margarine.
Соевые бобы выращиваются в нескольких странах мира, и получают из них соевое масло. Восточная Азия является родиной сои, и она была важной частью рациона питания в течение многих столетий. Соя выращивалась в Узбекистане уже с 1932 г ., но оставалась сельскохозяйственной диковинкой и имела незначительные урожаи в течение более чем полувека. В настоящее время началось выращивание сои на государственном уровне [2; 3].
Соевое масло получают из семян сои прессованием или экстракцией. Наряду с маслом важными компонентами семян сои являются белки (30-50%) и фосфатиды (0,55-0,60%).
Соевое масло широко используется в пищевой промышленности, а также в домашнем хозяйстве для заправки салатов из сырых или вареных овощей (содержание ненасыщенных жирных кислот в нем около 60%). В промышленных масштабах его часто используют в качестве сырья для производства маргарина и майонеза. Соевое масло содержит линоленовую, линолевую, олеиновую, арахиновую, пальмитиновую, стеариновую жирные кислоты, витамины Е, В4, K, а также минеральные элементы [2].
Известно, что полиненасыщенные жирные кислоты избавляют организм от плохого холестерина. Кроме того, соевое масло богато фитоэстрогенами (растительные гормоны), которые оздоровляют флору желудочно-кишечного тракта. Соевое масло нормализует процессы свертывания крови, обогащает организм железом. Соевое масло является источником лецитина, который широко применяют в пищевой и фармацевтической промышленности [4].
Сначала исследована гидратация соевого масла в лабораторных условиях и получен фосфатидный концентрат.
При производстве диетических маргаринов, майонезов, комбинированных масел и спредов в качестве эмульгатора и пищевых биологически активных добавок применяются пищевые растительные фосфолипиды [5].
Фосфолипиды извлекаются из жидких растительных масел (соевое, подсолнечное, рапсовое, кукурузное) путем гидратации с целью производства самостоятельных продуктов, называемых фосфатидными концентратами, различного состава и свойств. Из-за дифильного характера молекул фосфолипидов они являются поверхностно-активными веществами (ПАВ).
С целью установления оптимальных условий гидратации и определения оптимального количества воды мы провели комплекс исследований по гидратации соевого масла.
В опытах использованы нерафинированное форпрессовое соевое масло со следующими показателями: кислотное число – 2,5 мг КОН, цветное число – 50 мг йода, массовая доля влаги и летучих веществ – 0,2%, массовая доля нежировых примесей (отстой на массе) – 0,2%. Для определения влияния количества воды на показатели масла применяли следующие количества воды: 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0%.
В таблице 1 приведены результаты опытов, из которых следует, что с увеличением количества воды уменьшается кислотное число гидратированного соевого масла и увеличивается выход гидратированного осадка.
Таблица 1.
Влияние количества воды на показатели форпрессового соевого масла
| № | Количество воды, % | Кислотное число, мг КОН | Влажность, % | Выход, % | |
| Гидратационного осадка | Масла | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 1 | 1,0 | 1,98 | 0,04 | 2,91 | 95,93 |
| 2 | 2,0 | 1,94 | 0,04 | 3,93 | 96,42 |
| 3 | 3,0 | 1,87 | 0,05 | 4,52 | 96,71 |
| 4 | 4,0 | 1,79 | 0,05 | 5,84 | 95,81 |
| 5 | 5,0 | 1,66 | 0,06 | 6,91 | 95,31 |
| 6 | 6,0 | 1,64 | 0,06 | 7,43 | 94,89 |
С увеличением количества воды с 1,0 до 3% выход гидратированного масла увеличивается с 95,93% до 96,71% и выход гидратационного осадка – с 2,91% до 4,52%. Однако дальнейшее увеличение количества воды с 4 до 6% приводит к снижению выхода гидратационного масла с 95,81 до 94,89%, а выход гидратационного осадка увеличивается с 5,49 до 6,95%. При проведении экспериментов кислотное число гидратированного масла снижается с 1,98 до 1,64 мг КОН, а влажность масла увеличивается с 0,04 до 0,06%.
На основании проведенных исследований пришли к заключению, что оптимальное количество воды для гидратации соевого масла составляет 2-3%.
При гидратации нерафинированных растительных масел наряду с гидратированным маслом получают осадок, называемый фосфатидная эмульсия. Фосфатидная эмульсия состоит из воды, фосфолипидов и увлеченного в осадок растительного масла. После сушки фосфатидной эмульсии в вакууме получают фосфатидный концентрат.
Для получения фосфолипидного концентрата мы исследовали режимы сушки фосфолипидной эмульсии. Фосфолипидную эмульсию, полученную после гидратации, сушили в лабораторной установке при температурах 60-90ºC. При этом изучали влияние температуры процесса на длительность сушки. Высушивание фосфолипидной эмульсии проводили до достижения фосфатидного концентрата с содержанием влаги до 1-3%. Результаты опытов представлены на рисунке 1.
/Salidjanova.files/image001.png)
Рисунок 1. Влияние температуры процесса сушки фосфолипидного концентрата на его продолжительность
Показано, что сушка при температуре 70-90ºС в течение 30-50 мин. обеспечивает снижение влажности до значений, регламентированных ГОСТ.
Повышение температуры при сушке фосфолипидной эмульсии способствует усилению окислительных процессов. Протекание окислительных процессов контролировали путем определения перекисного числа получаемого фосфатидного концентрата. Установлено, что при температуре выше 80°С значительно повышается скорость окислительных процессов, т. е. происходит возрастание перекисного числа концентрата (рис. 2).
/Salidjanova.files/image002.png)
Рисунок 2. Влияние температуры сушки фосфолипидной эмульсии на перекисное число
Таким образом, были установлены следующие оптимальные режимы сушки фосфолипидной эмульсии: температура – 70-80оС, остаточное давление – 5 кПа, продолжительность сушки – 50 минут.
В результате исследования физико-химических показателей фосфатидного концентрата были получены следующие результаты: цветное число – 12 мг йода, содержание влаги и летучих веществ – 0,9%, содержание фосфатидов – 55,0%, содержание масла – 43,0%, содержание веществ, не растворимых в этиловом эфире – 2,5%, кислотное число масла, выделенного из фосфатидного концентрата, – 8 мг КОН, перекисное число – 3,4 моль актив. кислорода/кг.
Установлено, что показатели качества полученного фосфатидного концентрата соответствуют требованиям ГОСТа и он является конкурентоспособным по отношению к импортному фосфатидному концентрату.
Маргарин – эмульсия обратного типа, состоящая из воды и жира. Основным сырьем для маргарина являются растительные масла в жидком и гидрированном виде, а также животные жиры. Наиболее широко применяются подсолнечное, хлопковое и соевое масла.
Незаменимые полиненасыщенные жирные кислоты, фосфатиды (полученные с помощью гидратации из растительных масел), витамины в составе маргарина определяют его пищевую и биологическую ценность.
Жирнокислотный состав маргарина определяет его назначение. Так, например, в жирнокислотном составе диетического маргарина для лиц пожилого возраста с нарушенным липидным обменом должна содержаться линолевая кислота на уровне 50%. В зависимости от целевых назначений диетического маргарина вводятся фосфатиды и витамины в определенном количестве.
На основе вышеописанных данных мы разработали рецептуры маргарина из местного жирового сырья: соевого, хлопкового масел и их саломасов, а также исследовали физико-химические свойства полученного маргарина.
Основным сырьем для производства маргарина является пищевой саломас. Саломас – продукт, получаемый путем гидрогенизации растительных масел и животных жиров.
Путем частичного (селективного) гидрирования растительных масел и их смесей с животными жирами получают пластичные жиры, с температурой плавления 31-34оС, твердостью 160-320 г/см и йодным числом 62-82, предназначенные для использования в качестве основного (структурирующего) компонента маргаринов и кулинарных жиров.
Гидрогенизация соевого масла является одним из перспективных способов производства твердых саломасов пищевого и технического назначения. Для осуществления данного процесса предложены различные виды катализаторов: никелевые, никель-медные и никель-хромовые.
Гидрогенизация соевого масла относится к сложным гетерогенным каталитическим процессам, где наряду с насыщением этиленовых связей водородом протекает множество побочных реакций, влияющих на качество целевого продукта с заданными свойствами. При использовании сравнительно активных катализаторов наблюдается характерное для гидрирования соевого масла «отставание» температуры плавления и в особенности твердости саломаса от степени его ненасыщенности. Кроме того, из-за высокой ненасыщенности масла продолжительность процесса гидрогенизации увеличивается.
Для устранения этих недостатков и увеличения скорости гидрирования целесообразно гидрировать в виде его смесей с другими маслами, например с хлопковым. Кроме того, известно, что пассивированные катализаторы обладают наибольшей изомеризующей способностью в отношении мононенасыщенных кислот. Это способствует получению гидрогенизата с высокой твердостью. Поэтому гидрировали смеси соевого (йодное число 137,1 J2%) и хлопкового (йодное число 108,5 J2%) масел в присутствии высокоактивного (N-820) и пассивированного (N-210) никелевого катализатора при температуре 180-200оС. Количество катализатора и продолжительность процесса при гидрировании составляло соответственно 0,1%, 0,2% и 90 мин. Полученные саломасы для отделения катализатора фильтровались через бумажный фильтр при температуре 80оС. Результаты опытов представлены в табл. 2.
Таблица 2.
Влияние состава масла и активности катализатора на физико-химические показатели гидрогенизатов
|
Массовая доля соевого масла в смеси, % |
Йодное число, % J2 |
Температура плавления, оС |
Кислотное число, мг КОН |
| Катализатор - N-820 | |||
| 5 | 54,4 | 44,2 | 0,94 |
| 10 | 56,2 | 42,6 | 1,23 |
| 20 | 59,7 | 38,2 | 0,96 |
| 30 | 63,3 | 35,6 | 1,34 |
| 40 | 67,7 | 31,1 | 1,28 |
| 50 | 73,4 | 28,6 | 1,08 |
| 60 | 78,8 | 26,2 | 1,26 |
| Катализатор - N-210 | |||
| 5 | 60,6 | 38,6 | 0,82 |
| 10 | 63,3 | 38,8 | 1,13 |
| 20 | 65,8 | 36,5 | 0,98 |
| 30 | 66,8 | 35,8 | 1,03 |
| 40 | 73,4 | 32,4 | 1,18 |
| 50 | 78,2 | 30,1 | 0,92 |
| 60 | 85,3 | 28,6 | 1,15 |
Как свидетельствуют данные табл. 2, с повышением массовой доли соевого масла в смеси от 5 до 30 снижается температура плавления саломаса. Следует отметить, что саломасы, полученные в присутствии пассивированного катализатора, имеют низкую температуру плавления и кислотного числа в отличие от полученных на высоком активном катализаторе. Кроме того, использование пассивированного катализатора способствует повышению селективности процесса гидрирования.
Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что гидрирование соевого масла и его смеси с хлопковым маслом в присутствии пассивированного никелевого катализатора дает возможность получения пищевого саломаса, отвечающего требованиям ГОСТа.
При длительном хранении стойкость маргаринов тесно связана с их консистенцией, в частности со степенью дисперсности влаги в продукте. Высокая степень дисперсности влаги и воздуха в таких продуктах может быть достигнута только при использовании эмульгаторов и стабилизаторов структуры. Поверхностное окисление маргарина, или, как говорят, штафф, ухудшает внешний вид, вкус и запах продуктов.
Новые разновидности таких продуктов можно разделить на виды, при выработке которых не используют эмульгаторы и стабилизаторы структуры, маргаринов, в состав которых вводят структурообразователи.
Для улучшения качества маргаринов и повышения термоустойчивости продукта рекомендуется использовать структурообразователи – низкойодные саломасы. Низкойодные саломасы повышают прочность кристаллической решетки продукта, способствуют удерживанию низкоплавких жировых фракций. Это позволяет вырабатывать термоустойчивое масло, которое даже при повышенных режимах хранения и реализации продукции сохраняет свой товарный вид.
Низкойодные саломасы часто называют полностью гидро-генизированными твердыми жирами, или стеаринами, однако нормативные документы требуют нулевого значения йодного числа лишь для полностью насыщенных жиров. Поскольку для проведения гидрогенизации этих жиров единственным критерием является активность катализатора, можно применять повторно используемый катализатор. Обычно для максимального ускорения реакции используют высокое давление и высокую температуру. Однако получение низкойодного саломаса является очень трудоемким, особенно от высоконенасыщенного соевого масла. Поэтому мы исследовали получение низкойодного саломаса из хлопкового масла.
Для получения низкойодного саломаса осуществляется глубокое гидрирование хлопкового масла на порошкообразных никелевых катализаторах путем дробной подачи катализатора.
Поэтому с целью интенсификации процесса гидрогенизации и стабилизации активности катализатора хлопковое масло (йодное число – 108,5 J2%, цветность – 8 кр. ед., кислотное число – 0,2 мг КОН/г, содержание влаги летучих веществ – 0,2%,) гидрировали с вводом катализатора в два этапа, т. е. производили дробную подачу. Гидрирование проводилось при температуре 180оС, при атмосферном давлении водорода и скорости подачи водорода на барботаж 3 л/мин. в течение 3 ч. При этом количество N-820 катализатора в пересчете на никель составляло 0,2% от массы масла. Загрузка катализатора в начале процесса составляла 50-60%, а через час, во втором этапе, остальные 40-50% от общего количества подаваемого катализатора. Йодное число сырья и гидрогенизата определяли рефрактометрическим методом, а температуру плавления и кислотное число масла – по известной методике [1].
Как показали полученные результаты, дробная загрузка катализатора позволяет в лабораторных условиях сократить в 1,4-1,7 раза длительность глубокого гидрирования хлопкового масла при получении низкойодного и высокотитрового саломаса. Полученные саломасы по йодному числу (5-8 J2%) и температуре плавления (не ниже 60оС) отвечают требованиям, предъявляемым к низкойодному саломасу – сырью для использования как структурообразователя при производстве маргарина.
На основе полученных в лабораторных условиях компонентов мы проводили исследования для создания рецептуры диетического маргарина с оптимизированными свойствами. В исследовании использованы пищевой саломас, саломас из смеси хлопкового и соевого масел, хлопковый пальмитин, соевое и хлопковое масла, эмульгатор, фосфатидный концентрат и другие компоненты. Из-за введения молока и высоконенасыщенного соевого масла в рецептуру добавляют лимонную кислоту. Также добавляют янтарную кислоту для повышения дисперсности и стабильности к окислению маргарина.
Предлагаемый рецепт маргарина показан в таблице 3.
Таблица 3.
Рецептура маргарина
|
Компоненты маргарина |
Образцы | ||
| 1 | 2 | 3 | |
|
Саломас, Тпл 31-34оС, твердость 160-320 г/см |
30 | 20 | 15 |
| Саломас, Тпл 35-36оС, твердость 350-410 г/см | 15 | 10 | 5 |
| Саломас из смеси хлопкового и соевого масел | 6 | 10 | 15 |
| Пальмитин хлопковый Тпл 20-25оС | - | 10 | 15 |
| Соевое масло | 15 | 15 | 15 |
| Хлопковое масло | 15 | 15 | 15 |
| Структурообразователь (глубокогидрированное масло) | - | 1 | 1 |
| Краситель | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| Эмульгатор | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
| Молоко | 10 | 10 | 10 |
| Соль | 0,35 | 0,35 | 0,35 |
| Концентрат фосфатидный пищевой | 2,0 | 2,0 | 2,0 |
| Сахар | 0,3 | 0,3 | 0,3 |
| Янтарная кислота | 0,05 | 0 | 0,03 |
| Лимонная кислота | 0 | 0,05 | 0,02 |
| Вода | 6 | 6 | 6 |
| Всего | 100 | 100 | 100 |
| Массовая доля жира, % не менее | 82 | 82 | 82 |
На основе составленной рецептуры приготовлен маргарин в лабораторных условиях. Для этого смесь рецептурных компонентов перемешивают до получения однородной эмульсии и переохлаждают.
Полученный маргарин обладает высокой пластичностью, большей степенью дисперсности, технологичностью, стойкостью, стабильностью к окислению. Кроме того, добавление пищевых растительных фосфолипидов и янтарной кислоты повышает пищевую ценность предлагаемого маргарина.
В результате проведенных экспериментов было установлено, что использование в составе маргарина структурообразователя – глубокогидрированного хлопкового масла, подобранного его количественного содержания и растительных масел дало возможность частичного вывода из рецептуры маргарина саломаса (гидрированного жира), что позволило получить продукт с низким содержанием транс-изомеров.
Список литературы:
1. Лабораторный практикум по технологии переработки жиров. – 2-е изд., перераб. и доп. / Н.С. Арутюнян, Л.И. Янова, Е.А. Аришева и др. – M.: Агропромиздат, 1991. – 160 с.
2. Петибская В.С. Соя: химический состав и использование. – Майкоп: Полиграф-ЮГ, 2012. – С. 432.
3. Постановление Президента Республики Узбекистан от 14 марта 2017 года № ПП-2832 «О мерах по организации посева сои и увеличению возделывания соевых бобов в республике на 2017-2021 годы» // Все законодательсвто Узбекистана [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://nrm.uz/contentf?doc=509888_&products=1_vse_zakonodatelstvo_uzbekistana (дата обращения: 10.12.2018).
4. Практическое руководство по переработке и использованию сои / Под ред. Д. Эриксона; пер с англ. – М.: Макцентр, 2002. – С.659
5. Терещук Л.В., Савельев И.Д., Старовойтова К.В. Эмульгирующие системы в производстве молочно-жировых эмульсионных продуктов // Техника и технология пищевых производств. – 2010. – № 4. – С.108
Информация об авторах
candidate of technical sciences, Tashkent Chemical-Technological Institute 100011, Uzbekistan, Tashkent, Navoiy str., 32
доктор философии (PhD), Ташкентский химико-технологический институт, Узбекистан, г. Ташкент
Doctor of Philosophy (PhD), Tashkent Chemical-Technological Institute, Uzbekistan, Tashkent
магистр, Ташкентский химико-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Master of Science, Tashkent Chemical-Technological Institute, Republic of Uzbekistan, Tashkent
магистр, Ташкентский химико-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Master of Science, Tashkent Chemical-Technological Institute, Republic of Uzbekistan, Tashkent