Рафинирование и экстракция семян тыквы сверхкритической углекислотой

АННОТАЦИЯ

В статье анализируются данные, полученные в результате изучения масла семян тыквы, выделенные различными способами, а именно, прессованием, мацерацией, в аппарате Сокслета и сверхкритической СО₂ –экстракцией. Приводятся данные по физико-химическим показателям масел и их жирно-кислотному составу.

ABSTRACT

In the article analyzed the data obtained by studying pumpkin seed oil, extracted in various methods, namely, by pressing, maceration, in the Soxlet apparatus and supercritical СО₂ - extraction. Data on the physical-chemical parameters of oils and their fatty acid composition are presented.

Ключевые слова: Экстракция, рафинирование, сверхкритическая углекислота, масло, семена тыквы.

Keywords: Extraction, refining, supercritical carbon dioxide, oil, pumpkin seeds.

Теоретическая часть

Семена различных сортов тыквы используются в качестве источника жирного масла в пище, а также в народной медицине. Они содержат 30-40% жирного масла и 0,5-2,0% эфирного масла. Тыквенные масла показывают большой разброс в содержании свободных жирных кислот (СЖК). Это потому, что они содержат значительное количество липаз - ферментов липолиза. В высушенных семенах липазы инактивируются, и когда они измельчаются для получения экстрактов липазы, при активации они запускают реакции гидролиза триглицеридов. В результате содержание СЖК увеличивается до 52%. Это нежелательное явление наблюдается и у других видов масличных семян маслины, пальмы [1-4].

Экспериментальная часть и обсуждение результатов:

Целью данной работы была сравнительная оценка состава и основных показателей качества масел из семян тыквы, полученных различными методами: прессование, экстракция гексаном (в аппарате Сокслета), мацерацией и СК-СО₂ экстракцией при 350⁰С и давлении 10 Мпа. Были выбраны условия раскисления тыквенного масла, которые желательно проводить обработкой измельченных семян СK-CO₂ при 550°С и 12 кПа (селективная экстракция FFA). Масло, оставшееся в семенах, экстрагировали гексаном в аппарате Сокслета и сравнивали с неочищенными маслами.

В таблице 1 и 2 обобщены данные о выходе (%), физико-химических параметрах и составе жирных кислот масел из семян тыквы, полученных различными способами. (Начальное содержание масла составляет 39,2%, влажность 9,6%, степень измельчения 0,2-0,4 мм).

Таблица 1.

Характеристика масел тыквы, полученные различными способами.

Визуальная разница между экстрактами была в их цвете. Масло, полученное экстракцией СК-CO₂, было значительно легче. Не существует значительного различия между числами омыления и йодными числами, так как составы масел FA (таблица 2) разных масел очень похожи. Достаточные различия в химических характеристиках этих масел были обнаружены по их перекисным числам и содержанию неомыляемых веществ.

Таблица 2.

Состав ЖК масла семян тыквы, выделенных различными способами

Гидроксильное число характеризует содержание веществ, имеющих свободные гидроксильные группы, таких как спирты, стерины, моно- и диглицериды. Основными компонентами неомыляемой масляной фракции были жирные спирты, стерины, пигменты и углеводороды.

Моно- и диглицериды могут быть продуктами неполного синтеза триглицеридов (незрелых семян) или продуктов их неполного гидролиза, катализируемого липазами в частично окисленных жирных продуктах (прогорклость). Извлеченная фракция СK-CO₂ имеет небольшое гидроксильное число и неомыляемую фракцию, поскольку вещества, которые образуют эти показатели, имеют небольшую молекулярную массу и их летучесть немного выше, чем у остальных.

Масло из семян тыквы характеризуется очень высокой перекисной ценностью по сравнению с обычными растительными маслами. Это число характеризует содержание очень активного кислорода в масле и степень окисления ненасыщенных кислот. Но оно может быть высоким в результате присутствия кислородсодержащих производных эфирных масел. Это видно по разнице между маслами, полученными в аппарате Сокслета, и мацерацией. После удаления растворителя масло в аппарате Сокслета имеет более низкую перекисную величину, поскольку большинство летучих и кислородсодержащих эфирных масел удаляются на стадии перегонки экстрагента. Нефть, извлеченная из СК-CO₂, имеет более низкое значение перекиси, что можно объяснить потерей летучих веществ при разгерметизации.

Высококислотные масла могут быть деацидифированы щелочным рафинированием или нейтрализацией. Для масел, содержание СЖК которых достигает 10%, эти методы не подходят. В этом случае может быть использована жидкостная экстракция (растворители ацетон, метанол, этанол), которая основана на различной растворимости кислот и триглицеридов. Наилучшим способом считается [2] экстракция семян сжиженным или СК-СО₂. Деацидификация высококислотного масла (~ 40% СКЖ) до слабокислого (7,8% СКЖ) было достигнуто с помощью чистого CO₂ при давлении 15 МПа и температуре 600° С. СЖК количественно (до 92%) экстрагировали из масла, а ценное нейтральное масло, оставшееся в семенах, экстрагировали на следующей стадии экстракции при более высоком давлении. Понижение температуры и повышение давления или увеличение полярности СК-CO₂ путем добавления этанола или метанола в качестве модификатора (3.4) значительно снизили селективность экстракции, количество нейтрального масла, экстрагированного из СЖК, увеличилось с 25% до 95%. ,

Эксперименты по экстракции СК-СО₂ проводились в лабораторной установке и включали несколько этапов. Сначала экстракцию измельченных семян тыквы проводили при 350°С и 12 МПа в течение 60 минут, после чего определяли содержание остаточного масла в муке по методу Сокслета. Затем проводили селективную экстракцию СЖК (предварительная экстракция), при которой семена экстрагировали при 550 ° С и 15 МПа в течение 60 и 120 минут. После экспериментов были получены экстракты № 1 и № 2 и семена из экстрактора. Остаточное масло из семян экстрагировали гексаном и обозначали как рафинат 1 и 2, их выход, который рассчитывали по массе семян, остающихся после селективной экстракции, соответственно 37,4% и 34,7%.

Результаты экспериментов сведены в табл. 3.

Таблица 3.

 Характеристики масел, полученных после СК-СО₂ экстракции

Как видно из табл. 3 после СК-СО₂ экстракции йодное число и число омыления исходного и рафинированного масел не изменились, также как и их состав СЖК. В табл. 4 приведен состав СЖК продукта, полученного пре-экстракцией в течении 120 мин (экстракт 2) и масла, оставшегося в семенах после нее (рафинад 2).

Таблица 4.

 Характеристические параметры СЖК продукта, полученных после экстракции

Выводы:

Расчетные данные показали, что гидроксильные числа рафинадов значительно ниже, чем у исходного масла, экстрагированного СК-CO₂, что объясняется большей экстрагируемостью триглицеридов в этих условиях.

Экстракция СК-СО₂ не обладает какой-либо селективностью в отношении жирных кислот, что подтверждается отсутствием качественных различий в составе жирных кислот в рафинированных, нерафинированных маслах и в экстракте, полученном предварительной экстракцией. Эта экстракция позволяет без изменения качественного состава значительно снизить количество СЖК, увеличивая тем самым биологическую ценность рафинированного масла семян тыквы. На основании данных, полученных в результате экспериментов, можно сделать вывод, что предварительная экстракция семян СK-CO₂ при 550°С и 15 МПа, в дополнение к свободным жирным кислотам, извлекает большинство эфирных масел, а также неомыляемые вещества, моно- и диглицериды и жирорастворимые витамины.

Список литературы:
1. Catchpole O.J. Extraction of pumpkin saturated fatty acids and fatty acid ethyl estheres from urea solutions using supercritical CO2. Proc. Meeting of supercritical fluids, Venice, Italy, 2002.
2. Ozmen S. Characterization and refincing of black cumin oil by supercritical carbon dioxide extraction. Proc. 8 th sity Bodeaux 1, -2002.
3. Мухамадиев Б.Т., Гафуров К.Х., Мирзаева Ш.У., Шарипова М.Ф., Скорость экстракции липидов из семян дыни сверхкритичес-кой СО2 с сорастворителем, Химический журнал Казахстана», №2, 2016 г. С.169-176.
4. Б.Т.Мухаммадиев, К.Х.Гафуров, Ш.У.Мирзаева, Кинетика экстракции сверхкритической СО2 С сорастворителем жиросодержащих материалов из семян дыни, Сборник научных трудов: Современные проблемы химической технологии БАВ. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, М, 2016, С. 259-262.