CC BY
523
УДК 637.2.06
Анализ и уточнение методики определения числа Рейхерта-Мейссля
молочного жира
Охрименко Ольга Владимировна, кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой химии и физики e-mail: [email protected]
ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Аннотация. Существует проблема определения натуральности сливочного масла. Одной из наиболее характерных констант молочного жира является число Рейхерта-Мейссля, определение которого позволяет выявить фальсификацию молочного жира другими жирами. Проведен анализ существующих методик определения этой константы, выявлены уязвимые места, предложена модификация метода.
Ключевые слова: натуральность сливочного масла; Рейхерта-Мейссля число; определение; методика; анализ; модификация.
В настоящее время существует проблема нелегальной массовой фальсификации сливочного масла животными и растительными жирами [1, 2].
Поэтому все более актуальной становится задача определения натуральности сливочного масла. Одной из наиболее характерных констант молочного жира является число Рейхерта-Мейссля, которое характеризует наличие в жире низших жирных кислот (НЖК), растворимых в воде, в частности масляной и капроновой. Благодаря этим кислотам молочный жир имеет более высокие значения числа Рейхерта-Мейссля по сравнению с другими жирами. Так, для молочного жира это число лежит в пределах от 20 до 32 единиц, говяжьего жира - 0,25...0,50, пальмо-ядрового масла - от 4 до 7 единиц и т.д.
Очевидно, что пониженное значение числа Рейхерта-Мейссля исследуемого масла свидетельствует о его фальсификации другими жирами или маслами.
Для определения числа Рейхерта-Мейссля молочного жира применяют метод, разработанный Г.С. Иниховым с сотрудниками [3]. Метод практически без изменений положен в основу методик, предложенных специалистами ВНИИМСа для определения массовой доли немолочных жиров в спредах [4], разновидностях коровьего масла (сливочного и топленого) с комбинированной жировой фазой и других [5].
В то же время, многолетнее использование указанной методики для измерения числа Рейхерта-Мейссля молочного жира на лабораторных занятиях по химии и физике молока в ВГМХА показало во всех случаях сильно завышенные результаты.
Цель исследований - выявить «узкие» места метода.
Объектом исследований являлся молочный жир, полученный из масла крестьянского, произведенного способом преобразования высокожирных сливок на «Молочном заводе ВГМХА им. Н.В. Верещагина».
Повторность опытов 5.8-кратная.
Достоверность результатов эксперимента оценивали методами математической статистики.
Основные этапы метода [3]:
Омыление жира.
Выделение жирных кислот из мыла.
Количественное определение НЖК.
На рисунке 1 представлена схема лабораторной установки для омыления жира, выделения жирных кислот из мыла и их отгонки. Все процессы производится в одной и той же колбе при нагревании, т.е. в течение всего анализа жир подвергается интенсивной термической обработке.
Уравнения реакций (1)...(3) раскрывают сущность отдельных этапов определения числа Рейхерта-Мейссля.
Рисунок 1. Схема лабораторной установки для отгонки летучих жирных кислот: 1 - колба с исследуемым жиром; 2 - холодильник; 3 - электроплитка; 4 - штатив; 5 - колба для дистиллята; 6 - каплеуловитель
Омыление жира:
р2-о-оо-с17н35
С11-ОСО-С]711з5 + зыаон сн-сисо-с|7н35
ЗС, 7Н35ССНЖа +
стеарат натрия (мыло)
СН2- ОН сн - ОН СН2- 01 \
глицерин
Выделение жирных кислот из мыла:
2RCOONa + Н^04 ^ 2ЯС00Н + Na2SO
4
(2)
мыло
смесь свободных жирных кислот
Количественное определение низших жирных кислот:
С3Н7СООН + NaOH ^ СзН7COONa + Н20
(3)
масляная кислота
бутират натрия
Причиной завышенных результатов по определению числа Рейхерта-Мейссля, по нашему мнению, является термическое разложение высших жирных кислот и глицерина при отгонке летучих жирных кислот. Процесс термического разложения этих компонентов сопровождается образованием летучих кислых веществ, попадающих в приемную колбу и завышающих результаты титрования.
В пользу нашего предположения о термическом разложении жирных кислот и глицерина говорит тот факт, что помимо завышенных результатов, наблюдали наличие желтой смолы и застывших парафинов на стенках перегонной колбы, ка-плеуловителя и холодильника; резкий, удушающий запах, вызывающий кашель и слезотечение; темный, густой раствор в перегонной колбе.
Анализ процесса выделения жирных кислот из мыл. Согласно [3, 4], для выделения жирных кислот в колбу с омыленным жиром добавляют 90 см3 дистиллированной воды, 50 см3 серной кислоты, немного пемзы или несколько кусочков фарфора для равномерности кипения. Колбу присоединяют к холодильнику через каплеуловитель и помещают на электроплитку. Отгонку НЖК ведут до тех пор, пока объем дистиллята в приемной колбе не достигнет 110 см3.
На наш взгляд, в основе термического разложения компонентов реакционной смеси - жирных кислот и глицерина - лежит слишком высокая температура кипения смеси. Это может быть связано, как с недостаточным количеством добавленной воды (следствием этого является высокая температура кипения раствора), так и с нерегулируемой температурой электроплитки, которая во всех случаях превышала 350 оС.
Известно, что термическое разложение высших жирных кислот начинается при нагревании до 300 оС [6]. Состав образующихся веществ сложен и мало изучен, но среди других в них обнаружены кетены и низшие жирные кислоты [6].
Кетены из-за большой реакционной способности быстро превращаются в кислоты либо полимеризуются. Превращение кетенов в кислоты:
к-сн=с=о + НОН -> К-СН.-СООН
(4)
Ч-Ч-Ч-Ч-Ч-Ч-Ч-Ч-Ч-Ч-Ч-Ч-Ч-Ч-Ч-Ч-Ч---
Следовательно, в дистилляте увеличивается содержание НЖК.
Кипение глицерина происходит при 290 оС и сопровождается его разложением до акролеина [7]:
глицерин акролеин (5)
Акролеин хорошо растворим в воде, на воздухе легко окисляется до акриловой кислоты, что также увеличивает содержание кислот в дистилляте. Кроме того, акролеин сильно раздражает слизистые оболочки носа и глаз, вызывает слезотечение [8].
Содержание кислот в дистилляте увеличивается также за счет испарения серной кислоты, которая кипит при температуре 279,6 оС [7]. Испарение серной кислоты приводит к повышению температуры кипения оставшегося в перегонной колбе раствора, образованию мыл, загустеванию раствора и его термическому разложению. Натриевые мыла при этом образуют углекислые соли и ряд летучих конденсирующихся и неконденсирующихся продуктов, в основном парафиновых углеводородов [6].
Уточнение методики определения числа Рейхерта-Мейссля. Анализ процесса выделения жирных кислот из мыл показал необходимость:
1. Определения оптимального объема воды, добавляемой в перегонную колбу при отгонке НЖК.
2. Обоснования температурных режимов выделения жирных кислот из мыл и их отгонки.
Результаты исследований
1. Определение оптимального объема воды, добавляемой в перегонную колбу
Условия опыта:
- объем воды, добавляемой в перегонную колбу - 90, 105, 120, 130 и 150 см3.
- нерегулируемая температура электроплитки.
Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1. Зависимость числа Рейхерта-Мейссля от объема воды в перегонной колбе
Объем воды в колбе, см3 Число Рейхерта-Мейссля, ед.
90 47±20
105 30±3
120 27±2
130 25±1
150 24±2
Из таблицы 1 следует, что при объеме воды 90 см3 число Рейхерта-Мейссля получалось сильно завышенным (норма 20.32 ед.), отмечался значительный разброс данных. Неустойчивые данные получались и при объеме воды 105 см3.
Начиная с объема воды 120 см3, число Рейхерта-Мейссля практически не изменялось, хотя и наблюдалась тенденция к его снижению с увеличением объема
воды. Это можно объяснить увеличением количества свободной влаги, которая, как известно, кипит при 100 оС и быстро заполняет приемную колбу. Для дальнейших исследований выбрали объем 130 см3, так как в этом случае наблюдали минимальный разброс экспериментальных данных.
2. Обоснования температурных режимов выделения жирных кислот из мыл и их отгонки.
В таблице 2 приведена характеристика жирных кислот молочного жира. Анализ данных показывает, что из НЖК (маясляная - каприновая), а также высших (лауриновая - миристиновая) наибольшую температуру кипения имеет каприновая кислота - 268.270 оС.
Следовательно, для того, чтобы произвести отгонку всех НЖК, предотвратить попадание в дистиллят серной кислоты и термическое разложение высших жирных кислот, необходим нагрев реакционной смеси до температуры не выше 270 оС.
Таблица 2. Характеристика НЖК молочного жира [9,10,7]
Кислота Код Среднее содержание в 100 г Растворимость | Температуры
в воде в спирте плавления оС кипения оС
Масляная С4 0,11 хорошо неогр. - 5,26 163,50
Капроновая С6 0,08 0,968 раств. - 3,9 205,35
Каприловая С5 0,04 м.р. неогр. + 16,5 239,30
Каприновая С10 0,09 м.р. раств. + 31,5 268-270
Лауриновая С12 0,1 0 н.р. 126,0 + 44,2 225,00
Миристиновая С!4 0,51 н.р. 44,9 + 54,4 250,50
Пальмитиновая С!6 0,64 н.р. 9,3 + 64,0 390,00
Стеариновая С18 0,35 о.м.р. 2,5 +71,5-72,0 376,10
Для проверки методики определения числа Рейхерта-Мейссля с уточненными параметрами процесса выделения жирных кислот из мыл и их отгонки провели трехкратное определение этой константы на одной и той же пробе молочного жира. Среднее значение числа Рейхерта-Мейссля составило 27,6±1,0.
Методику апробировали в учебном процессе, во всех случаях получали хорошую сходимость результатов.
Выводы:
1. Уточнена методика [3] выполнения измерений числа Рейхерта-Мейссля.
2. Правильность методики подтверждена экспериментально.
3. Методика внесена в ряд учебных пособий [11, 12].
Список литературных источников:
1. ГОСТ Р 52969-2008. Масло сливочное. Технические условия. - Введ. 13.10.2008. - М. : Стандартинформ, 2009. - 25 с.
2. Масштабы фальсификации сливочного масла грозят продовольственной безопасности России [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.maslorus. narod.ru/analiz.html.
3. Инихов, Г. С. Химический анализ молочных продуктов (практикум) / Г. С. Инихов, Н. П. Брио. - М. : Пищепромиздат, 1951. - 218 с.
4. ГОСТ Р 52100-2003. Спреды и смеси топленые. Общие технические условия.- Введ. 30.06.2003. - М. : Стандартинформ, 2008. - 40 с.
5. Лепилкина, О. В. Методы установления фальсификации жировой фазы продуктов / О. В. Лепилкина, Л. И. Тетерева // Сыроделие и маслоделие. - 2011. -
№5. - С. 24-25.
6. Тютюников, В. Н. Химия жиров / В. Н. Тютюников. - М. : Пищевая пром-сть, 1974. - 448 с.
7. Рабинович, В. А. Краткий химический справочник / В. А. Рабинович, З. Я. Хавин. - Л. : Химия, 1978. - 392 с.
8. Краткая химическая энциклопедия: в 5-ти томах / Под ред. И. Л. Кнунянца.
- М.: Советская энциклопедия, Т. 1. - 1961. -1262 с.
9. Горбатова, К. К. Биохимия молока и молочных продуктов. - М. : Легкая и пищевая пром-сть, 1984. - 336 с.
10. Состав и свойства молока как сырья для молочной промышленности: Справочник / Н. Ю. Алексеева, В. П. Аристова, А. П. Патритий и др.; под ред. Я. И. Костина. - М. : Агропромиздат, 1986. - 239 с.
11. Охрименко, О. В. Биохимия молока и молочных продуктов: методы исследования: учеб.-метод. пособие для студентов, обучающихся по специальности 310700 «Зоотехния» и 310800 «Ветеринария» / О. В. Охрименко, А. В. Охрименко.
- Вологда ; Молочное : ИЦ ВГМХА, 2001. - 201 с.
12. Лабораторный практикум по химии и физике молока / О. В. Охрименко, К. К. Горбатова, А. В. Охрименко. - СПб. : ГИОРД, 2005. - 256 с.
Analysis and refinement of the methodology for determination the Reichert-Meysslya constant of milk fat
Okhrimenko Olga Vladimirovna, Can. of Sciences (Technics), Professor of the Chemistry and Physics Chair
e-mail: [email protected]
The FSBEI HPE the Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy
Abstracts. There is the problem of determination the natural butter. One of the most characteristic constants of the milk fat is the Reichert-Meysslya constant, the definition of which reveals the falsification of butterfat by other fats. We carried out an analysis of existing methodologies for determining this constant, identified vulnerabilities; a modification of the method is proposed.
Keywords: natural butter; Reichert-Meysslya constant; determining; methodology; analysis; modification
