CC BY
154
БИОХИМИЧЕСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО
УДК 665.3:66.08
Характеристика существующих методов определения кислотного числа растительных масел и ледитинов
Characteristics of the existing methods for determining the acid value of vegetable oils and lecithins
Ст. науч. сотрудник E.B. Лисовая, гл. науч. сотрудник Е.П. Викторова (Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции - филиал ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия») тел. (861) 252-06-40 E-mail: [email protected]
Senior Scientific E.V. Lisovay, Chief Researcher E.P. Viktorova (Krasnodar Research Institute of Storing and Processing Agricultural Products Branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution «North Caucasian Federal Scientific Center of Horticulture, Viticulture, Winemaking) tel. (861) 252-06-40 E-mail: [email protected]
Реферат. Рассмотрены существующие методы и методики определения кислотного числа растительных масел и лецитинов как в России, так и за рубежом. Описаны достоинства и недостатки указанных методов. Показано, что инструментальные методы определения кислотного числа растительных масел имеют значительные преимущества по сравнению с классическим титриметрическим методом за счет экспрессности и автоматизации анализа, а также сокращения либо полного исключения применения токсичных химических веществ. В результате анализа научно-технической литературы выявлено, что существующие в настоящее время методы определения кислотного числа лецитинов являются титриметрическнми и требуют применения токсичных химических реактивов. Таким образом, совершенствование и разработка новых оперативных и экологически безопасных методов оценки качества актуальны не только для растительных масел, но и для получаемых из них лецитинов.
Summary. The existing methods and techniques for determining the acid value of vegetable oils and lecithins in Russia and abroad are considered. The advantages and disadvantages of these methods are described. It is shown that instrumental methods for determining the acid value of vegetable oils have significant advantages over the classical titrimetric method due to the speed and automation of analysis, as well as reducing or eliminating the use of toxic chemicals. As a result of the analysis of scientific and technical literature, it was revealed that currently existing methods for determining the acid value of lecithins are titrimetric and require the use of toxic chemical reagents. Thus, the improvement and development of new operational and environmentally safe methods of quality assessment is relevant not only for vegetable oils, but also for the lecithins obtained from them.
Ключевые слова: свободные жирные кислоты, кислотное число, растительные масла, лецитины, методы определения.
Keywords: free fatty acid, acid value, vegetable oils, lecithins, methods for determining.
Современные требования к качеству пищевой продукции очень высоки. В связи с этим возникает потребность в экспрессных, экологически безопасных и точных методах контроля качества продукции на всех этапах ее производства. Контроль качества и безопасности пищевых продуктов становится еще более актуальным в связи с их растущим импортом.
© Лисовая Е.В., Викторова Е.П., 2018
Одним из важнейших показателей качества и безопасности растительных масел и лецитинов является кислотное число. Кислотное число представляет собой количество миллиграммов гидроксида калия, необходимого для нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в 1 г жира или масла. А кислотное число лецитина представляет собой суммарную кислотность входящих в состав лецитина фосфолипидов и свободных жирных кислот.
Кислотное число зависит от качества исходного сырья, используемого для производства масла и лецитинов, способов и режимов их получения, условий и длительности хранения.
Стандартизированной методикой определения кислотного числа растительных масел, как в Российской Федерации, так и за рубежом, является титриметри-ческий метод с индикативной оценкой. В РФ этот метод регламентируется ГОСТ Р 50457-92, а в мировой практике — ISO 660, а также методиками, рекомендованными Американским химическим обществом производителей пищевых масел (AOCS) Cd 3d-63 и Са 5а-40.
Для определения кислотного числа лецитинов в соответствии с ГОСТ 32052-2013 в нашей стране и в соответствии с методикой, приведенной в AOCS Ja 6-55 за рубежом, применяется титриметрический метод.
Сущность титриметрического метода определения кислотного числа растительных масел заключается в растворении навески масла в смеси растворителей и последующем титровании свободных жирных кислот спиртовым раствором гидроксида калия или натрия. В качестве растворителей используют смесь этилового эфира и этилового спирта в соотношении 1:1, горячий этиловый спирт, изопропи-ловый спирт или толуол, которые предварительно нейтрализуют, а затем добавляют к навеске масла и титруют в присутствии индикатора фенолфталеина (либо тимол-фталеина) спиртовым раствором гидроксида калия или натрия.
При определении кислотного числа лецитинов их растворяют в смеси хлороформа и этилового спирта, а затем титруют кислые компоненты раствором гидроксида калия.
Несмотря на некоторые преимущества - сравнительную дешевизну оборудования и простоту, указанный титриметрический метод имеет ряд недостатков:
- высокая погрешность метода (для нерафинированных масел), так как при титровании свободных жирных кислот невозможно исключить расходование тит-ранта на нейтрализацию иных кислотных соединений, содержащихся в масле, а это значит, что на конечный результат титрования, и на значение кислотного числа оказывают влияние сопутствующие триацилглицеринам вещества;
- использование при проведении анализа токсичных органических растворителей;
- влияние субъективных особенностей исследователя при определении конечной точки титрования.
Следует отметить, что в стандартизированных методиках регламентировано определение кислотного числа растительных масел титриметрическим методом с потенциометрической регистрацией (эквивалентной) конечной точки титрования. Однако необходимость постоянной стандартизации рабочего раствора щелочи и титрование до некоторого условного значения рН (потенциала) также может быть источником систематической ошибки анализа.
Таким образом, использование инструментальных методов для определения кислотного числа растительных масел и лецитинов является наиболее перспективным, так как они обладают более высокой точностью и чувствительностью и не зависят от квалификации исследователя.
Инструментальные методы, применяемые для определения свободных жирных кислот растительных масел, можно разделить на три основные группы: колориметрические, электрохимические и спектроскопические [1].
Колориметрия - это метод количественного определения содержания веществ в растворах, либо визуально, либо с помощью фотоколориметров или спектрофотометров.
Учеными из Южной Кореи был разработан простой и быстрый колориметрический метод определения свободных жирных кислот растительных масел. В качестве окрашивающего реагента был использован ацетат меди с пиридином. Разработанный метод отличается экспрессностью и хорошей воспроизводимостью.
В работе [2] предложена методика прямого определения кислотности оливкового масла с помощью автоматического титрования в потоке. Образец масла непосредственно вводится без разбавления в поток носителя (раствор н-пропанола), который подается со скоростью 2 мл/мин и содержит гидроксид калия в качестве титранта и фенолфталеин в качестве индикатора. В смесительной камере образец смешивается и реагирует с потоком носителя. С помощью оптического волокна, подключенного к спектрофотометру, установленному на 562 нм, появляется возможность постоянно оценивать абсорбцию фенолфталеина (Abs). Площадь поверхности пика «AAbs против времени» имеет линейную корреляцию с логарифмом кислотности образца. Разработанный способ отличается быстротой анализа по сравнению с классическим титриметрическим (12-60 образцов в час) и сокращением расхода растворителя.
Колориметрические методы применяются в настоящее время не очень часто, так как они имеют низкую чувствительность и требуют частой калибровки [1].
Одним из электрохимических методов анализа является вольтамперометрия, которая широко используется в аналитической химии.
K.Takamura и др. в 1990-ых гг. был предложен метод определения свободных жирных кислот на основе вольтамперометрического восстановления хинона. В результате изучения вольтамперометрического поведения хинона в присутствии кислот в небуферизованных протонных растворителях был разработан новый вольтам-перометрический метод определения общего содержания свободных жирных кислот в жирах и маслах. Разработанный метод значительно превосходит классический метод титрования по чувствительности и точности, однако процедура измерения достаточно трудоемкая для практического использования.
Применение вольамперометрического детектирования свободных жирных кислот в поточно-инжекционном методе способствовало повышению его чувствительности и воспроизводимости.
Китайскими учеными предложен новый вольтамперометрический метод определения кислотного числа в растительных маслах с использованием полипирролом-модифицированного электрода и линейным режимом развертки вольтамперометрического потенциала. На основе исследования восстановления нафтохинона в присутствии свободных жирных кислот в растворе этанол-1,2-дихлорэтан (3:1), содержащего 0,1 М LiC104, была получена линейная прямопропорциональная зависимость между пиковым током на вольтамперограмме и содержанием свободных жирных кислот в масле. Разработанный метод отличается высокой чувствительностью и воспроизводимостью результатов [3]. Для определения кислотного числа также используются методы косвенной потенциометрии. Я.И. Турьяном и др. предложена методика косвенной рН-потенциометрии без проведения титрования. Методика основана на полной экстракции кислот из масла с помощью реагента, содержащего в избытке слабое основание (триэтаноламин), и последующем измерении величины pH образовавшейся буферной системы как функции суммарного содержания кислот в реакционной смеси и в исходном образце.
Основными преимуществами разработанной методики являются: отсутствие применения токсичных растворителей, оперативность анализа, однако имеется и существенный недостаток, связанный с уменьшением ресурса работы и ухудшением pH-функции индикаторного стеклянного электрода в смешанных водно-органических растворителях с большим содержанием органического компонента (не менее 50 % по объему).
В работе [4] учеными Кубанского государственного технологического университета показана возможность простого и быстрого определения кислотных чисел растительных масел на основе металлического (платинового) микроэлектрода методом редокс-потенциометрии с применением иодат-иодидной окислительно-восстановительной системы в водном этаноле без проведения титрования. В качестве известной добавки предложено использовать фиксанальный раствор йода.
В работе [5] описан еще один электрохимический метод определения кислотного числа растительных масел на основе изменения электропроводности раствора гидроксида калия (кондуктометрия). Содержание свободных жирных кислот определяли по калибровочному графику зависимости электрической проводимости раствора гидроксида калия от концентрации свободных жирных кислот в растворе гидроксида калия. Калибровка была подтверждена с использованием стандартизированного титриметрического метода определения свободных жирных кислот. Малая селективность кондуктометрического метода существенно ограничивает его применение.
Из спектральных методов для определения свободных жирных кислот в растительных маслах наиболее распространены методы инфракрасной спектроскопии с Фурье-преобразованием, а также Я MP-спектроскопии. Возможность использования ИК Фурье-спектроскопии для определения свободных жирных кислот в маслах была рассмотрена рядом ученых в течение последних двух десятилетий [1]. Первое применение ИК Фурье-спектроскопии для определения содержания свободных жирных кислот для нерафинированного соевого масла было описано в работе Lanser и др. в 1991 г.
Методы, основанные на ИК Фурье-спектрометрии, обладают высокой точностью и могут выступать в качестве альтернативного титриметрическому метода определения свободных жирных кислот в растительных маслах.
Следует отметить, что как за рубежом [6], так и в России были разработаны методики определения кислотного числа растительных масел на основе метода инфракрасной спектроскопии в ближней ИК-области [7].
Учеными ВНИИЖиров (Санкт-Петербург) была разработана методика определения показателей качества и безопасности растительных масел, в том числе и кислотного числа, на ИК-анализаторе. Этот метод отличается простотой, скоростью выполнения анализа и возможностью выделить в качестве аналитических только те частоты спектра, которые соответствуют содержанию свободных жирных кислот [7]. При анализе пищевых продуктов в настоящее время все чаще используется ЯМР-спектроскопия.
За рубежом для определения свободных жирных кислот в растительных маслах были разработаны методики на основе ЯМР-спектроскопии высокого разрешения [8]. Разработанные методики могут быть использованы в качестве перспективного инструмента для оперативного контроля качества благодаря высокой точности и эффективности, но вряд ли будут использоваться в производственных условиях в связи с высокой стоимостью оборудования для ЯМР-спектроскопии высокого разрешения и требований к высокой квалификации исследователя-лаборанта.
Учеными ВНИИ масличных культур им. B.C. Пустовойта (Краснодар) разработана методика определения кислотного числа растительных масел с использованием импульсного метода ядерно-магнитного резонанса на ЯМР-анализаторах низкого разрешения [9]. При определении кислотного числа растительных масел с использованием метода ядерно-магнитного резонанса к образцу растительного масла с определенной массой добавляют водный раствор соли щелочного металла, перемешивают смесь до полной нейтрализации свободных жирных кислот, помещают ее в датчик импульсного ядерного-магнитного резонанса Я MP-анализатора и измеряют при комнатной температуре ЯМР-релаксационные характеристики. Значение кислотного числа масла вычисляют по градуировочному уравнению зависимости
кислотного числа масла от разницы амплитуд сигналов свободной прецессии и спинового эха, параметры которого находят при градуировке ЯМР-анализатора по образцам масла с известными значениями кислотного числа, найденными по стандартизированной методике. Преимуществами описанного метода являются экс-прессность, исключение применения токсичных реактивов, а также исключение влияния субъективных особенностей лаборанта-исследователя.
Таким образом, инструментальные методы, рассмотренные выше, имеют значительные преимущества по сравнению с классическим титриметрическим методом за счет экспрессности и автоматизации анализа, а также сокращения либо полного исключения применения токсичных химических веществ.
В результате анализа научно-технической литературы выявлено, что существующие в настоящее время методы определения кислотного числа лецитинов являются титриметрическими и требуют применения токсичных химических реактивов.
Таким образом, совершенствование и разработка новых оперативных и экологически безопасных методов оценки качества, в частности определения кислотного числа, актуальны не только для растительных масел, но и для получаемых из них лецитинов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Analytical approaches for the assessment of free fatty acids in oils and fats / S.A. Machesar, S.T.H. Sherazi, Abdul Rauf Khaskheli [et al] // The Royal Society of Chemistry. - 2014 - № 6. - P. 4956-4963.
2. Mariotti E., Mascini M. Determination of extra virgin olive oil acidity by FIA-titration / /Food Chemistry. - 2001. - № 73 (2). - P. 235-238.
3. Shu-Guo Li, Hui Zhang, Wen-Tong Xue A novel method for the determination of acid value of vegetable oils \\ European Journal of Lipid Science and Technology.-2007. - № 109. - P. 1088-1094.
4. Рувинский, O.E. Редокс-потенциометрическое измерение кислотного числа растительных масел без проведения титрования [Текст] / О.Е. Рувинский, Е.Н. Вы-скубова, С.Я. Шарудина // Известия вузов. Пищевая технология. - 2000. - № 4. -С. 108-111.
5. Xiuzhu Yu, Chen Yang, Shuangkui Du, Jin-ming Gao A New Method for Determining Free Fatty Acid Content in Edible Oils by Using Electrical Conductivity / / Food Analytical Methods. - 2012. - № 5 (6). - P. 1453-1458
6. Смирнова, Н.И. Особенности методики определения кислотного числа в растительных маслах [Текст] / Н.И. Смирнова // Вестник ВНИИЖ. - 2012. - № 2. -С. 12.
7. Quantitative and qualitative determination of acid value of peanut oil using near-infrared spectrometry / YulanRao, BingrenXiang, XiaohuaZhou, [et al] // Journal of Food Engineering. - 2009,- № 93 (2). - P. 249-252.
8. Satyarthi Jitendra K., Srinivas D., Ratnasamy P. Estimation of free fatty acid content in oils, fats, and biodiesel by 1H NMR spectroscopy //Energy & Fuels. - 2009.
- № 23 (4). - P. 2273-2277.
9. Прудников, C.M. Новые возможности импульсных методов ядерного магнитного резонанса [Текст] / С.М. Прудников, Л.В. Зверев, О.С. Агафонов, Г.В. Рус-нак // Сб. докл. XV Междунар. науч.-практич. конф. «Масложировая индустрия».
- 2015. - С. 10-11.
REFERENCES
1. Analytical approaches for the assessment of free fatty acids in oils and fats, S.A. Machesar, S.T.H. Sherazi, Abdul Rauf Khaskheli [et al], The Royal Society of Chemistry, 2014, No 6, pp.4956-4963.
2. Mariotti E., Masvini M. Determination of extra virgin olive oil acidity by FIA-titration, Food Chemistry, 2001, No 73 (2), pp. 235-238.
3. Shu-Guo Li, Hui Zhang, Wen-Tong Xue A novel method for the determination of acid value of vegetable oils, European Journal of Lipid Science and Technology, 2007, No 109, pp. 1088-1094.
4. Ruvinskiy O.E., Vyskubova E.N., Sharudina S.Ya. Redoks-potentsiometricheskoe izmerenie kislotnogo chisla rastitel'nykh masel bez provedeniya titrovaniya [Redox-potentiometric measurement of the acid value of vegetable oils without titration], Izvestiya vuzov. Pishchevaya tekhnologiya, 2000, No 4, pp. 108-111. (Russian).
5. Xiuzhu Yu, Chen Yang, Shuangkui Du, Jin-ming Gao A New Method for Determining Free Fatty Acid Content in Edible Oils by Using Electrical Conductivity, Food Analytical Methods, 2012, No5 (6), pp. 1453-1458.
6. Smirnova N.I. Osobennosti metodiki opredeleniya kislotnogo chisla v rastitel'nykh maslakh [Features of the method of determining the acid value in vegetable oils], Vestnik VNIIZh, 2012, No 2, pp. 12. (Russian).
7. Quantitative and qualitative determination of acid value of peanut oil using near-infrared spectrometry, YulanRao, BingrenXiang, XiaohuaZhou, [et al], Journal of Food Engineering, 2009, No93 (2), pp. 249-252.
8. Satyarthi Jitendra K., Srinivas D., Ratnasamy P. Estimation of free fatty acid content in oils, fats, and biodiesel by 1H NMR spectroscopy, Energy & Fuels, 2009, No23 (4), pp. 2273-2277.
9. Prudnikov S.M., Zverev L.V., Agafonov O.S., Rusnak G.V. Novye vozmozhnosti impul'snykh metodov yadernogo magnitnogo rezonansa [New possibilities of pulsed methods of nuclear magnetic resonance], Maslozhirovaya industriya: Sb. dokl. XV Mezhdunar. nauch.-praktich. konf., SPb.: VNIIZh, 2015, pp.10-11. (Russian).
