CC BY
44
УДК 665.335.
Методы определения содержания фракций твердых жиров в эмульсионных жирах
К. Х. Мажидов, д-р техн. наук, профессор; Г.Х. Сулайманова; Д.Х. Бозоров; Н.Н. Сабирова
Бухарский инженерно-технологический институт, Республика Узбекистан
В производстве жиров и маргарина определение содержания твердого жира является важной частью контроля процессов производства. Это используется, например, для контроля процессов гидрирования и смешения жиров, когда необходимо придать маргарину его характерные свойства. Для этого требуется быстрый и удобный в применении метод [1 - 3]. Наиболее широко применяется метод дилатометрии [4], который основан на том, что при плавлении жира происходит его расширение [5].
Метод дилатометрии является, тем не менее, кропотливым, требует значительных затрат времени. Подго-
Таблица 1
Сравнительная оценка методов определения содержания твердых жиров
Характеристика Дилатометрия ЯМР широких линий
Процесс кристаллизации 30 мин при 60°С и 30 мин при 0°С 30 мин при 60°С и 30 мин при 0°С
Способ плавления 10, 30 и 60°С (30 мин каждая) 10 и 30°С (30 мин каждая)
Полное время измерений 225 195
Среднеквадратичное отклонение (% твёрдых веществ) 1-2 0.6
Время измерений прибора (с) - 90
О 10 70
Время, мксек
Рис. 1. Спад магнитной индукции частично кристаллизованного жира
товка, вакуумирование и взвешивание образца - на все это (плюс расчет результатов) необходимо, по меньшей мере, 15 мин. Из-за большого количества операций, которые выполняются и из-за погрешностей при их обработке, точность этой методики достаточно низка. Систематические ошибки также могут возникать при вычислении процентного содержания твердого жира исходя из величины объемной деформации.
Работа направлена на оценку методов определения фракций твердых жиров в эмульсионных жирах с использованием дилатометрии и ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) и замену дилатометрии другим методом, таким как метод ЯМР широких линий.
Пищевые жиры состоят из большого количества триглицеридов, каждый из которых имеет свой коэффициент расширения и деформацию плавления, которая изменяется в пределах от 50 до 90 мл/кг. Изменение состава при плавлении приводит к изменению деформации плавления в оставшемся твердом жире. На практике используются средние величины деформаций плавления и коэффициентов расширения, полученные с систематическими ошибками 1 - 2%.
Сигнал может быть получен непосредственно от размагничивания протонов твердых жиров, он равен сигналу, полученному немедленно после 90°-ного импульса (5+1 на рис. 1). Однако из-за запаздывания приемника невозможно измерить начальную высоту сигнала (5+1) в определенной точке времени (например, через 12 мс) после 90°-ного импульса.
Для измерения содержания твердого жира необходимо знать величину сигнала 5, которая может быть найдена при умножении 5' на коэффициент f поправки на запаздывание, который зависит от Т2 протонов твердого жира. Процентное содержание твердого жира при температуре I можно выразить, зная величины сигнала 5 и I, согласно графику:
= (f5'/(^ + f5'))•100 %.
Коэффициент поправки ^5/5') может быть выражен из высоты сигнала расплавленного образца и 5'.
Результаты и их обсуждение. При применении метода дилатометрии и ЯМР широких линий образец выдерживается при температуре 60 °С в течение 30 мин перед измерением сигнала при расширении, затем сигнала для расплавленного жира. При использовании метода импульса ЯМР никаких измерений при 60 °С проводить не требуется, поэтому образцы выдерживают при этой температуре всего 5 мин, для того, чтобы их расплавить. Поскольку жиры - медленно кристаллизирующиеся системы, то необходимо время стабилизации - 30 мин.
В табл. 1 приведены сравнительный анализ способов оценки содержания твердых триглицеридов в эмульсионных жирах.
Как видно из данных табл. 1, ЯМР-метод характеризуется наиболее лучшими показателями.
Распределение капель по размерам в маргаринах, т. е. в эмульсиях воды в масле дает важную информацию не только о предполагаемом сроке хранения этих продуктов, но также об их вкусе и запахе. Обычно продукты с множественными маленькими каплями воды предпочтительнее продуктов с несколько большими каплями, так как большие капли особенно уязвимы для бактерий и, следовательно, склонны к микробиологическому разложению и имеют пониженные сроки годности.
Основой определения размеров капель служат физические законы ограниченной диффузии. С помощью специальной градиентной последовательности можно определять эти параметры. Результаты выводятся в форме среднего распределения диаметров капель по объему и количеству, а также ширины нормального логарифмического распределения. Таким образом, представляется полная информация о распределении капель в эмульсии по размерам. Эти результаты типичны для каждого вида образца.
Результаты измерений размеров капель часто сравнивают с результатами классических измерений - подсчета капель с разными размерами под микроскопом. Для некоторых образцов результаты микроскопического метода дали слегка завышенные размеры капель. Приготовление образца к микроскопическому анализу требует помещать образец между двумя стеклянными пластинками. Метод миниспек [6, 7] сохраняет образец неизменным и, значит,
Температура, °С
Рис. 2. Содержание твердых фракций жиров в пищевом хлопковом саломасе
Температура, °С
Рис. 3. Содержание твердых фракций жиров в пальмовом масле
Рис. 4. Содержание твердых фракций жиров в хлопковом саломасе
становится реальной альтернативой медленному и трудному микроскопическому методу.
По методу миниспека можно измерять размеры очень маленьких капель (0,25 рм). Эта новая методика ЯМР применима к отдельным каплям и к их слияниям. Преимущества ЯМР-метода по сравнению с классическими, заключается в том, что при этом не требуется ни приготовление образца, ни его растворение, эти измерения не разрушают образец. Для образцов ЯМР результаты находятся в хорошем соответствии с классическими методами.
Подготовка образца состоит из помещения эмульсии в стеклянную ампулу. Эта процедура не меняет размеров капель, как это происходит при классическом методе, когда эмульсию помещают между двумя стеклянными пластинами для исследования ее под микроскопом, и во взвешивании их. Термостати-рование образца перед измерением занимает около 15 мин, f само измерение занимает лишь несколько минут.
Метод ЯМР низкого разрешения не зависит от цвета образца, его поверхности, вязкости эмульсии.
С точки зрения продолжительности эксперимента и его точности метод ЯМР имеет явные преимущества по сравнению с классической аналитической техникой, которая использует методы экстракции и дилатометрии. Метод импульсного ЯМР имеет много преимуществ перед традиционным стационарным методом ЯМР широких линий. Например, нет необходимости в использовании образца сравнения для корректировки эффекта насыщения и измерении при двух различных температурах.
Метод ЯМР имеет большое значение при изучении жирных кислот, поскольку форма распада твердой компоненты дает большое количество информации о природе кристалличности твердого жира.
В примерах, приведенных ниже, рассматривается методика определения содержания жиров при различных температурах в очищенных и гидрированных продуктах на основе маргарина. Для этих анализов потребовалось менее 1 г образца. Все образцы термостатировались в течение 1 ч при температуре 80 °С перед помещением в тарированный алюминиевый блок, погруженный в водяную ванну при температуре 5 °С. Образцы выдерживались при этой температуре в течение 30 мин. Затем процент твердого жира определяли как функцию температуры.
На рис. 2 изображена кривая плавления образцов пищевого хлопкового саломаса. Кроме того, проведены исследования различных сырьевых источников, используемых в производстве маргарина. Рис. 3 показывает влияние эффекта насыщения на характеристики плавления пищевого хлопкового саломаса. Пример анализов жира для гидрированного хлопкового масла с низким содержанием транс-изомеризированных жирных кислот показан на рис. 4.
Для всех трех случаев процентное содержание объекта в твердой фазе дает моментальные значения процентного содержания твердого жира при данной температуре.
Преимущество ЯМР является точность анализа жиров с помощью использования последовательности из двух анализов.
Так как измерения методом ЯМР не зависят от состава и полиморфной модификации твердой фазы, результаты являются более верными, чем данные, полученные с помощью метода дилатометрии. Использование метода ЯМР при определении состава твердых фракций жиров в эмульсионных продуктах является наиболее приемлемым и эффективным, позволяющим сократить затраты на проведение исследований.
ЛИТЕРАТУРА
1. Арутюнян, Н.С. Технология переработки жиров/Н.С. Арутюнян [и др.]. -М.: Пищепромиздат, 1999. - 452 с.
2. Мажидов, К.Х. Исследование и совершенствование технологии гидрогенизации хлопкового масла на модифицированных сплавных стационарных катализаторах/ К.Х. Мажидов. Автореферат диссертации д-ра техн. наук. -Л.: 1987, - 48 с.
3. Руководство по методам анализа качества и безопасности пищевых продуктов/Под ред. И.М. Скурхина. - М.: Медицина, 1998. - 342 с.
4. Арутюнян, Н.С. Лабораторный практикум по технологии переработки жиров/ Н. С. Арутюнян [и др.]. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. -150 с.
5. Стопский, В. С. Химия жиров и продуктов переработки жирового сырья/ В. С. Стопский, В. В. Ключкин, Н. В. Андреев. - М.: Колос, 1992. -286 с.
6. Mertens, W.G. and de Man, J.M., Can. Inst.Sci. Technol. J. 5 (2) 77 - 81 (1972).
7. O'Conner, R.T., Allen, R.R., Brobst, K.M., and Herb, S.F., J. Amer. Oil Chem. Soc. 49. 431A-433A (1972).
Методы определения содержания фракций твердых жиров в эмульсионных жирах
Ключевые слова
дилатометрия; методы определения; оценка и анализ методов; фракция эмульгированных жиров; ядерно-магнитный резонанс
Реферат
При производстве жиров и маргарина определение количества твердого жира составляет важную часть контроля процессов производства. Наиболее широко распространен метод дилатометрии, основанный на том, что при плавлении жира происходит его расширение. Тем не менее, этот метод достаточно кропотлив, требует значительных затрат времени. Также могут возникать ошибки при вычислении процентного содержания твердого жира исходя из величины объемной деформации. Данная работа посвящена оценке методов определения фракций твердых жиров в эмульсионных жирах с использованием дилатометрии и ядерно-магнитного резонанса (ЯМР). При применении метода дилатометрии и ЯМР широких линий образец выдерживали при температуре 60 °С в течение 30 мин перед измерением сигнала при расширении, затем - сигнала для расплавленного жира. При использовании метода импульса ЯМР никаких измерений при 60 °С проводить не требуется, поэтому образцы выдерживают при этой температуре всего 5 мин для того, чтобы их расплавить. По методу миниспека можно измерять размеры очень маленьких капель (0,25 рм) твердых фракций жиров. Эта новая методика ЯМР применима к отдельным каплям и к их слияниям. Преимущества ЯМР метода заключается в том, что при этом не требуются ни приготовление образца, ни его растворение, при этом измерения не разрушают образец. Применение метода ЯМР низкого разрешения не зависит от цвета образца, его поверхности, вязкости эмульсии. С точки зрения продолжительности эксперимента и его точности метод ЯМР имеет явные преимущества по сравнению с классической аналитической техникой, которая использует методы экстракции и дилатометрии. Метод обеспечивает точность результата при проведении последовательно двух анализов. Использование метода ЯМР при определении состава твердых фракций жиров в эмульсионных продуктах является наиболее приемлемым и эффективным, позволяющим сократить затраты для проведения исследований.
Авторы
Мажидов Кахрамон Халимович, д-р техн. наук, профессор; Сулайманова Гулчехра Хакимовна, Бозоров Дилмурод Холмудович, Сабирова Наргиза Нусратовна
Бухарский инженерно-технологический институт, 200100, Республика Узбекистан, г. Бухара, ул. К. Муртазаева, д. 15, kafedra-03@mail.ru
Methods for Determination of Solid Fats Fractions in the Fat Emulsion
Key words
dilatometry; methods of determination; evaluation and analysis methods; fraction of emulsified fat; nuclear magnetic resonance
Abstracts
In the production of fat and margarine determining the amount of solid fat is an important part of the control of production processes. The most widespread dilatometry method based on the fact that in the melting fat is its extension. However, this method is laborious enough requires considerable time. Also, there may be errors in the calculation of the percentage of solid fat based on the amount of bulk deformation. This work is devoted to the evaluation methods for determining the fraction of solid fat in the fat emulsion using dilatometry and nuclear magnetic resonance (NMR). In applying the method dilatometry and broad-line NMR sample was kept at 60 ° C for 30 min before measuring the signal during expansion, then - the signal for molten fat. When using any NMR pulse measurement method at 60 ° C is not required, so the sample is kept at this temperature for a total of 5 minutes in order to melt them. According to the method minispeka can measure the size of very small droplets (0.25 um) solid fractions of fats. This new technique is applicable to NMR individual droplets and their mergers. Advantages NMR method is that without any sample preparation is required, nor its dissolution, do not destroy the sample with the measurement. Use of low resolution NMR technique is not dependent on the color sample surface, the viscosity of the emulsion. From the viewpoint of experimental accuracy and its duration NMR technique has clear advantages in comparison with classical analytical technique that uses extraction methods and dilatometry. The method ensures the accuracy of the result during the two consecutive tests. Using NMR method in determining the composition of the solids in the fat emulsion products is the most appropriate and efficient, allowing to reduce costs for research.
Authors
Mazhidov Kakhramon Khalimovich, Doctor of Technical Science, Professor
Sulaymanova Gulchekhra Khakimovna, Bozorov Dilmurod Kholmudovich, Sabirova Nargiza Nusratovna
Bukhara Engineering Technology Institute, 15, K. Murtazaeva St., Bukhara, Uzbekistan, kafedra-03@mail.ru
^fdo «HmefcecHaf
♦ ♦
Сахарный и масложировой холдинги создадут I в Беларуси
Сахарный и масложировой холдинги создадут в Беларуси. Это предусмотрено комплексом мер по реализации Программы социально-экономического развития Беларуси на 2016-2020 гг., который утвержден постановлением Совета Министров от 12 января 2017 г. № 18, сообщили БЕЛТА в пресс-службе правительства. Появление сахарного холдинга запланировано в 2017 г., ответственные исполнители - «Белгоспищепром», облисполкомы, Минсельхозпрод,
Госкомимущество, Минфин. Масложировой холдинг «Белрапс» создадут в 2017-2018 гг. В ходе реализации положений указа «О развитии сельскохозяйственного производства Витебской области» предусмотрено создание 4 холдингов на базе открытых акционерных обществ «Витебский мясокомбинат», «Глубокский комбикормовый завод», «Оршанский комбинат хлебопродуктов», «Полоцкий комбинат хлебопродуктов». В 20192020 гг. холдинг появится на базе
ОАО «Витебская бройлерная птицефабрика». Механизм господдержки АПК усовершенствуют в соответствии с международными обязательствами Беларуси и с учетом перехода от льготного кредитования к иным мерам государственной поддержки. Будет формироваться законодательная база для производства и реализации органической сельхозпродукции и внедряться точное земледелие.
Источник: Ье^а.Ьу
♦
