Рафинация пищевых саломасов, полученных из темного и светлого растительных масел водным раствором силиката натрия

АННОТАЦИЯ

В данной статье изложены физико-химические показатели нерафинированного пищевого саломаса и выбор рационального щелочного реагента для нейтрализации свободных жирных кислот. Сравнивали основных показателей едкого натр с силикатом натрия и определили оптимальный расхода силиката натрия для щелочной рафинации саломаса. Использование силиката натрия позволяет, решат две задачи нейтрализации свободных жирных кислот и физического удаления красящих  пигментов, остатков катализаторных металлов и т.п., а также увеличивает выход рафинированного пищевого саломаса в среднем на 2,7%.

ABSTRACT

This article outlines the physicochemical parameters of unrefined edible hydrogenated oil and the selection of a rational alkaline reagent to neutralize free fatty acids. The basic indicators of caustic soda were compared with sodium silicate and the optimal sodium silicate consumption for alkaline refining of hydrogenated oil was determined. The use of sodium silicate allows us to solve two problems of neutralizing free fatty acids and physical removal of coloring pigments, residues of catalytic metals, etc., and also increases the yield of purified edible salami by an average of 2.7%.

Ключевые слова: саломас хлопковый, саломас соевый,  каустическая сода,  силикат натрия, кислотное число, рафинация.

Keywords: hydrogenated cotton seed oil, hydrogenated soybean oil, caustic soda, sodium silicate, acid value, refining.

В настоящее время в странах СНГ в т. ч. Узбекистане на маргариновых производствах широко используют гидрированные твердые жиры для получения маргаринов, кондитерских и фритюрных, а также хлебопекарных жиров различного назначения [1, 2].

Твердые жиры из растительных (хлопкового, подсолнечного, соевого и т.п.) масел получают методом каталитического гидрирования в присутствии порошкообразных гетерогенных никелевых и медно-никелевых катализаторов, которые после достижения необходимой точки плавления и твердости отделяются от саломасов на рамных фильтрпрессах [3].

В табл. 1 показаны основные физико-химические показатели нерафинированных твердых жиров (саломасов) [4] направляемых для их щелочной рафинации, включая промывку и сушку пищевого саломаса.

Таблица 1.

Физико-химические показатели нерафинированных пищевых саломасов полученных из хлопкового и соевого масел

В зависимости от перерабатываемого сырья, назначения продукта и климатических условий по [4], допускаются некоторые отклонения от показателей по требованию потребителя, приведенных в табл. 1. Выпуск саломаса марки 1 с температурой плавления до 27°С с твердостью до 80 г/см при 15°С для фритюрного жира, с температурой плавления от 34 до 36°С с твердостью 350-450 г/см при 15°С для производства маргарина.

Полученные саломасы по требованиям маргаринового сырья подвергаются щелочной рафинации, фильтрации, промывки и сушке. До настоящего времени в АО «Тошкент ёг-мой комбинати» рафинацию саломасов осуществляли с использованием водного раствора каустической соды, которая является высокоактивным реагентом по сравнению с силикатом натрия, кальций гидроксида и т.п. Это обуславливало низкие выходы рафинированного саломаса с наличием высокого содержания остаточного катализаторного металла (никеля, медьи и железа), которые являются сильными катализаторами образования перекисных и вторичных продуктов окисления.

Нами с целью устранения вышеуказанных недостатков осуществлен поиск рационального щелочного реагента для рафинации пищевых саломасов. При этом выбор был остановлен на силикате натрия, который по активности ниже традиционной каустической соды, а по избератольности выше его в 1,3-1,5 раза.

В табл. 2 представлены сравнительные показатели традиционной каустической соды (контроль) и подоброннаго силиката натрия [5, 6].

Таблица 2.

Сравнительные показатели традиционной каустической соды (контроль) и подоброннаго силиката натрия

Из табл. 2 видно, что предлагаемый силикат натрия по сравнению с каустической содой имеет локальные показатели, которые необходимы для рафинации саломаса и оценки его качества.

Вышеупомянутые недостатки диктуют важность поиска более селективного щелочного реагента для рафинации пищевого саломаса. В этом аспекте заслуживает внимания силикат натрия (Na₂O·n SiO₂), который дал положительные результаты при рафинации светлых (подсолнечного, соевого, косточковых и т.п.) масел [7].

Главным преимуществом раствора силиката натрия является его избирательное взаимодействие со свободными жирными кислотами, практически без омыления триглицеридов и отсутствие растворенного в масле кислых мыл, что сокращает последующие процессы многократной промывки и сушки пищевого саломаса.

Изменение вида щелочного реагента, так, например, традиционного раствора каустической соды (NaOH) на силикат натрия (n Na₂O·m SiO₂) требует учета состава и свойств последнего.

На практике при расчете необходимого количества силиката натрия для нейтрализации жирных кислот пользуются величиной плотности его раствора, однако, учитывая сложность химического состава силиката натрия, данная величина не всегда адекватно отражает его концентрацию по иону натрия. Последнее является решающим фактором при расчете теоритически необходимого количества щелочи на нейтрализацию пищевого саломаса.

Поэтому, водный раствор силиката натрия мы готовили путем разваривания силикатной глыбы с заранее известным модулем, равным трем. Далее, определяли плотность полученного раствора, а затем его титровали стандартным 0,1н раствором соляной кислоты. Нормальность раствора силиката натрия рассчитывали по формуле:

                                                           (1)

где, N₁ и V₁ – нормальность и объем титрируемого раствора силиката натрия, соответственно;

N₂ и V₂ – нормальность и объем, использованного раствора на титрование раствора соляной кислоты.

Учитывая, что модуль используемого силиката натрия равен трем, рассчитывали молекулярную массу соединения Na₂O·3SiO₂, и затем определяли концентрацию раствора в г/л. Для удобства последующей работы предложили математическую модель зависимости плотности растворов силиката натрия, от их концентрации в г/л, который имеет вид:

                                                  (2)

где, Yi и Xi – плотность и концентрация раствора силиката натрия, соответственно.

Отсюда для оптимального расхода щелочи при рафинации пищевого саломаса рекомендовано использовать уравнение (2), которое учитывает цветность исходного и рафинированного пищевого саломаса.

Химическое взаимодействие между силикатом натрия и свободными жирными кислотами протекает по следующей реакции [7]:

Na₂O·n·SiO₂ + х·Н₂О + 2RСООН = 2RСООNa + n·SiO₂ (х+1) Н₂О

где – силикатный модуль (в нашем случае n = 2,4).

Отличительной особенностью данной реакции от традиционного гидроксида натрия является то, что в ней образуются поликремниевые кислоты, которые проявляет адсорбционные свойства при осветлениях рафинированного пищевого саломаса.

Известно, что исследование кинетики, т.е. скорости процесса рафинации пищевого саломаса позволяет выбрать эффективный щелочной раствор и режимы его применения, которые обеспечат качество получаемого продукта, согласно требованиям стандарта [8].

Учитывая это, нами проведены опыты по рафинации пищевого саломаса с использованием традиционной каустической соды (NaOH) с концентрацией 100 г/л и предлагаемого раствора силиката натрия (Na₂O·n·SiO₂) с концентрацией 60 г/л при 20 ⁰С. Интенсивность перемешивания пищевого саломаса поддерживались при 3 м/с.

На рис. 1 представлена лабораторная установка для рафинации пищевого саломаса водным раствором каустической соды (контроль) и силиката натрия.

Опыты осуществляли следующем образом: в реактор 2 вместимостью 1,0 л загружали 500 г нерафинированного пищевого саломаса и при медленном перемешивании нагревали его до температуры 50-60⁰С, затем при увеличении частоты вращения мешалки до 100 об/мин вводили раствор щелочного реагента (каустической соды или силиката натрия) с вычисленной концентрации и избытком (в зависимости от цвета нерафинированного пищевого саломаса) и продолжали перемешивание смеси саломаса со щелочью в течение 60 минут. После щелочной рафинации образовавшиеся соапсток отделяли от пищевого саломаса методом отстаивания и фильтрации. Далее полученный продукт промывали дистиллированной водой до рН=7,0 и подвергали сушке под вакуумом при температуре 70-85⁰С до постоянного веса саломаса.

Рисунок 1. Лабораторная установка для рафинации пищевого саломаса водным раствором каустической соды (контроль) и силиката натрия: 1-штатив; 2-реактор; 3-электроплитка с масляной баней; 4-корпус бани; 5-крышка; 6-мешалка; 7-ёмкость с маслом; 8-двигатель; 9-термометр; 10-ЛАТР; 11-реостат

Полученные пищевые саломасы подвергали анализу согласно требованием действующих стандартов. При этом исследовали такие показатели, которые могут изменятся в процессе рафинации пищевых саломасов.

Кислотное число саломаса определяли согласно методики [9].

Перекисное число саломаса определяли по [10].

Цветность саломаса определяли по стандартным шкалам ВНИИЖа [11].

Анизидиновое число саломаса определяли по [12].

Остаточное содержание никеля определяли по [13].

Остаточное содержание меди определяли по [14].

Остаточное содержание железа определяли по [15].

Используя данные стандарты нами определены основные физико-химические показатели рафинированного пищевого саломаса полученного из хлопкового и соевого масел на водном растворе каустической соды (контроль) и силиката натрия.

Полученные результаты представлены в табл. 3.

Таблица 3.

Физико-химические показатели рафинированного пищевого саломаса, полученного из хлопкового и соевого масел на водном растворе каустической соды (контроль) и силиката натрия

Из табл. 3 видно, что замена традиционной каустической соды на водный раствор силиката натрия позволяет повысить качества получаемых рафинированных пищевых саломасов из хлопкового и соевого масел, а также их выходи на 2,6 и 2,8% соответственно. Это обусловлена тем, что рекомендуемый силикат натрия имея в своем составе окиси кремния (SiO₂) выполняет роль адсорбента при удалении остаточных металлов (никеля, меди и железа), красящих пигментов, перекисного и анизидинового чисел пищевого саломаса и др.

Таким образом, проведенные исследования позволяют рекомендовать для практического использования силикат натрия вместо традиционной каустической соды. Использование силиката натрия позволяет, решат две задачи нейтрализации свободных жирных кислот и физического удаления красящих  пигментов, остатков катализаторных металлов и т.п. Кроме того с экономической точки зрения применения силиката натрия в процессе рафинации пищевых саломасов позволяет увеличить выход рафинированного жирового продукта в среднем на 2,7%.

Список литературы:
1. Исследование показателей качества жировой основы маргарина при замене традиционного хлопкового масла сафлоровым // Universum: Химия и биология : Ходжаев С.Ф., Абдурахимов С.А., Акрамова Р.Р., Хамидова М.О. 2018. №10(52). с. 15-18.
2. Рузибаев А.Т., Салиджанова Ш.Д. Исследования процесса получения маргарина на основе местных жировых сырья // Universum: Технические науки: 2017. №10(43). с. 9-11.
3. Товбин И.М., Меламуд Н.Л., Сергеев А.Г. Гидрогенизация жиров. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. – 296 с.
4. O’zDSt 3294-2018. Саломас. Технические условия.
5. ГОСТ Р 55064-2012. Натр едкий технический. Технические условия.
6. ГОСТ 13079-93. Силикат натрия растворимый. Технические условия.
7. Скипин А.И. Рафинация светлых масел и жиров раствором силиката натрия. Обмен передовым техническим опытом. М.: Пищепромиздат, 1957–10с.
8. Шмидт А.А. Теоритические основы рафинации растительных масел. – М.: Пищепромиздат, 1960 – 296 с.
9. ГОСТ 976-81. Маргарин, жиры для кулинарии, кондитерской и хлебопекарной промышленности. Правила приемки и методы испытаний.
10. ГОСТ 26593-85. Масла растительные. Метод измерения перекисного числа.
11. Руководство по методам исследования, технохимическому контролю и учету производства в масложировой промышленности / ВНИИЖ; Под общ. ред. В. П. Ржехина, А. Г. Сергеева. - Л. :. Т. 3. - 1964. - 494 с.
12. ГОСТ 31756-2012. Жиры и масла животные и растительные. Определение анизидинового числа.
13. ГОСТ 28414-89. Жиры для кулинарии, кондитерской и хлебопекарной промышленности. Общие технические условия.
14. ГОСТ 26931-86. Сырье и продукты пищевые. Методы определения меди.
15. ГОСТ 26928-86. Продукты пищевые. Метод определения железа.