CC BY
31
ПРОИЗВОДСТВО ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
УДК 665.372:543.429.23 DOI 10.24412/2311-6447-2021-3-10-17
Разработка способа и методики определения кислотного числа жидких лецитинов, полученных из высокоолеиновых подсолнечных масел
Development of a method and technique for determining the acid value of liquid lecithins obtained from high oleic sunflower oils
Ст. науч. сотрудник E.B. Лисовая, гл. науч. сотрудник Е.П. Викторова, мл. науч. сотрудник М.Р. Жане,
(Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции — филиал ФГБНУ « Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия»), отдел пищевых технологий, контроля качества и стандартизации, тел. (861)252-06-40 E-mail: е.kabalinaifitmail.ru
ст. науч. сотрудник О.С. Агафонов (Федеральный научный центр «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур им. B.C. Пустовойта») отдел физических методов исследований, тел. (861)275-74-47 E-mail: sacred iktuffitbk.ru
Senior researcher E.V. Lisovaya, Chief researcher E.P. Viktorova, Junior researcher M.R. Zhane,
(Krasnodar research Institute for storage and processing of agricultural products-branch of the North Caucasus Federal scientific center for horticulture, viticulture, and winemaking) Department of food technologies, quality control, and standardization, tel. (861) 252-06-40 E-mail: e.kabalina№mail.ru
Senior Researcher O.S. Agafonov (Federal scientific center «V.S. Pustovoit All-Russian Research Institute of Oil Crops») Department of physical research methods, tel. (861)275-74-47 E-mail: sacred iktu((/',bk.ru
Реферат. В настоящее время актуальной задачей является обеспечение высокого качества жидких растительных лецитинов, широко применяемых в качестве пищевых добавок в производстве продуктов питания, путем оперативного определения их показателей. Решить указанную задачу можно, применяя инструментальный метод анализа - импульсный метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Одним из основных показателей качества жидких лецитинов является кислотное число, обусловленное присутствием в их составе липидов, проявляющих кислотные свойства, а именно свободных жирных кислот и некоторых индивидуальных групп фосфолипидов. Следует отметить, что стандартная методика определения кислотного числа жидких лецитинов (ГОСТ 32052-2-13) имеет ряд существенных недостатков. Цель исследования - разработка способа и методики определения кислотного числа жидких лецитинов, полученных из высокоолеиновых подсолнечных масел с применением импульсного метода ЯМР. В результате проведенных исследований определены эффективные режимы пробоподготовки образца жидкого лецитина, полученного из высокоолеинового подсолнечного масла, а именно: соотношение (по массе) «лецитин - CCI4» - 1:6; соотношение (по массе) «лецитин - раствор NaOH» - 1,0:1,2; время контактирования - 2 мин. Полученные результаты явились основанием для разработки способа определения кислотного числа лецитина, полученного из высокоолепнового подсолнечного масла, который реализуется в течение 15 мин (90 мин стандартным способом) и характеризуется высокой точностью, а именно, предел повторяемости соответствует 2 % отн., предел воспроизводимости - 3 % отн. (3 и 5 % отн. в стандартном способе).
:© Е.В. Лисовая, Е.П. Викторова, М.Р. Жане, О.С. Агафонов, 2021
Summary. Currently, an urgent task is to ensure high quality of liquid vegetable lecithins, which are widely used as food additives in food production, by promptly determining their quality indicators. The solution to this problem is possible by using the instrumental analysis method - the pulse method of nuclear magnetic resonance (NMR). One of the main indicators of the quality of liquid lecithins is the acid value due to the presence in their composition of lipids exhibiting acidic properties, namely, free fatty acids and some individual phospholipid groups. It should be noted that the standard method for determining the acid value of liquid lecithins (GOST 32052-2-13) has a number of significant disadvantages. The aim of the study was to develop a method and technique for determining the acid value of liquid lecithins obtained from high oleic sunflower oils using the pulsed NMR method. As a result of the research, the effective modes of sample preparation of a sample of liquid lecithin obtained from high oleic sunflower oil were determined, namely: the ratio (by weight) "lecithin - CCU" - 1:6; the ratio (by weight) "lecithin - NaOH solution" - 1,0:1.2; contact time - 2 minutes. The results obtained were the basis for the development of a method for determining the acid value of lecithin obtained from high oleic sunflower oil, which is realized within 15 minutes (90 minutes by the standard method) and is characterized by high accuracy, namely, the repeatability limit corresponds to 2 % rel. and the reproducibility limit is 3 % rel. (3 and 5 % rel. in the standard method).
Ключевые слова: жидкие лецитины, высокоолеиновое подсолнечное масло, показатели качества, кислотное число, импульсный метод ЯМР.
Keywords: liquid lecithins, high oleic sunflower oil, quality indicators, acid value, pulse NMR method.
Жидкие лецитины, получаемые из растительных масел, являются пищевыми добавками фосфолипидной природы и широко применяются в производстве продуктов питания, а также в производстве биологически активных добавок [1,2]. Учитывая это, обеспечение высокого качества жидких лецитинов путем оперативного определения их показателей является актуальной задачей, которую можно решить, применяя инструментальный метод анализа - импульсный метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР) [3-5]. Следует отметить, что масложировые предприятия вырабатывают в основном жидкие лецитины из соевых масел и линолевых подсолнечных масел.
В настоящее время, наряду с увеличением объемов производства линолевого подсолнечного масла, увеличиваются объемы производства подсолнечного масла из высокоолеиновых семян подсолнечника, т.е. высокоолеинового подсолнечного масла. В связи с этим масложировые предприятия, например, ООО «Сорочинский МЭЗ» и филиал ООО «Бунге СНГ» (Воронежская область) выпускают жидкие лецитины из высокоолеинового подсолнечного масла.
Известно, что одним из основных показателей качества жидких лецитинов в соответствии с ГОСТ 32052-2013 является кислотное число, которое обусловлено присутствием в их составе свободных жирных кислот и некоторых групп фосфоли-пидов, проявляющих кислотные свойства, а именно фосфатидных кислот и фосфа-тидилсеринов. Свободные жирные кислоты образуются в результате гидролиза сложноэфирной связи триацилглицеринов масла, содержащегося в жидком лецитине. В жидких лецитинах содержание свободных жирных кислот, как правило, находится в пределах 3-7 % и зависит от качества масличных семян, из которых было выработано масло, а затем из масла были выделены лецитины, а также от режимов проведения технологического процесса гидратации и не зависит от вида растительного масла, из которого выработаны лецитины.
Следует отметить, что стандартная методика определения кислотного числа жидких лецитинов (ГОСТ 32052-2-13) имеет ряд недостатков: продолжительность выполнения анализа (более 90 мин), результаты анализа зависят от уровня квалификации лабораторного персонала, а также низкая воспроизводимость и точность результатов анализа.
Ранее в наших работах [6-8] было установлено, что применение импульсного метода ЯМР при определении кислотного числа жидких лецитинов, полученных из соевых, рапсовых и линолевых подсолнечных масел, является эффективным и на основании этого разработаны способы определения кислотного числа указанных
лецитинов. Однако следует обратить внимание на то, что разработанные способы включают пробоподготовку лецитина, состоящую из двух этапов, на первом из которых навеску лецитина растворяют в четыреххлористом углероде (ССЦ) - апротон-ном растворителе, что обеспечивает максимальное высвобождение молекул фосфо-липидов из мицелл и молекул свободных жирных кислот пз ассоциатов-димеров, а следовательно, обеспечивает повышение концентрации реакционноспособных молекул, а на втором - добавляют в полученную систему водный раствор гидроксида натрия для образования твердой фазы - мыла.
Предварительными опытами было установлено, что для жидкого лецитина, полученного из высокоолеинового подсолнечного масла, условия пробоподготовки образца, ранее определенные для других видов жидких лецитинов, в том чпсле и лецитина из линолевого подсолнечного масла, не подходят, т.к. лецитин пз высокоолеинового подсолнечного масла имеет более высокую способность к мицеллообразова-нию по сравнению с лецитином из линолевого подсолнечного масла [9].
Цель исследования - разработка способа определения кислотного числа жидкого лецитина, полученного из высокоолеинового подсолнечного масла.
В качестве объектов исследования были подготовлены образцы жидкого лецитина, полученного пз высокоолеинового подсолнечного масла, с различным значением кислотного числа. Определение кислотного числа исследуемых образцов осуществляли по стандартной методике (ГОСТ 32052-2013).
Для изучения влияния ССЦ на высвобождение молекул фосфолппидов из мицелл и свободных жирных кислот из ассоциатов-димеров готовили системы «лецитин - ССЦ» при соотношениях от 1:1 до 1:8 (по массе). Измерение ЯМ-релаксационных характеристик исследуемых систем «лецитин - ССЦ» и «лецитин -ССЦ - мыла» осуществляли при температуре 23±1 °С на ЯМР - анализаторе АМВ -1006М (Россия, ВНИИМК).
Опыты проводили в пяти повторностях, результаты опытов обрабатывали с применением специального программного обеспечения, которое позволяет осуществлять разделение сложных систем на компоненты в зависимости от ЯМ-релаксационных характеристик, содержащихся в исследуемых системах протонов [10].
Для примера в табл. 1 приведены результаты по влиянию ССЦ на перераспределение содержания четырех компонент в системе «лецитин - ССЦ», которое количественно характеризуется значениями амплитуд сигналов ЯМР протонов.
Таблица 1
Влияние ССЦ на перераспределение содержания компонент в системе «лецитин - ССЦ»
Соотношение «лецитин* -ССЦ» (по массе) Амплитуда сигналов ЯМР протонов компонент (А^, % к АСпс
А! а2 Аз а4
1 0 15,0 22,5 30,0 32,5
1 1 17,0 20,5 31,9 30,6
1 2 20,0 17,5 38,1 24,4
1 3 23,0 14,5 44,0 18,5
1 4 25,5 12,0 51,0 11,5
1 5 26,3 11,2 54,1 8,4
1 6 28,0 10,0 57,0 5,0
1 7 28,0 10,0 57,0 5,0
1 8 28,0 10,0 57,0 5,0
* Примечание: образец лецитина с содержанием ацетоннерастворимых веществ - 62,5 % и кислотным числом 29,5 мг КОН/г
Данные, представленные в табл. 1, свидетельствуют о том, что CCU оказывает влияние на содержание отдельных компонент лецитина, причем с увеличением концентрации CCU в системе, т.е. с увеличением соотношения «лецитин- CCU» с 1:1 до 1:6, повышается содержание первой компоненты с одновременным снижением содержания второй компоненты, а также повышается содержание третьей компоненты с одновременным снижением содержания четвертой компоненты.
Этот факт позволяет сделать выводы об увеличении содержания индивидуальных молекул свободных жирных кислот и ТАГ в результате «высвобождения» их из ассоциатов-димеров и о снижении содержания молекул фосфолипидов, участвующих в образовании мицелл высоких порядков, в том числе молекул фосфолипидов, проявляющих кислотные свойства.
Установлено, что увеличение в системе «лецитин - ССЬ» концентрации CCU, а именно повышение соотношения «лецитин - CCU» с 1:6 до 1:8 не приводит к дальнейшему перераспределению в системе содержания отдельных компонент.
Таким образом, для максимального «высвобождения» молекул свободных жирных кислот и молекул фосфолипидов, проявляющих кислотные свойства, оптимальным соотношением «лецитин - CCI4» является соотношение, равное 1:6.
Учитывая, что аналитическим параметром для определения кислотного числа лецитина, как нами было показано ранее в работах [6-8], является амплитуда сигналов ЯМР протонов мыла (твердой фазы), на втором этапе пробоподготовки образца лецитина для перевода свободных жирных кислот и фосфолипидов, проявляющих кислотные свойства, в систему «лецитин - CCI4» при установленном оптимальном соотношении 1:6 добавляли 1 М водный раствор гидроксида натрия.
При этом соотношение «лецитин - раствор NaOH» (по массе) варьировали в интервале от 1,0:0,7 до 1,0:1,3.
Полученную систему «лецитин - С CU - раствор NaOH» перемешивали в течение 1 мин и осуществляли измерение амплитуды ЯМР протонов образовавшегося мыла (А«) (рис. 1).
29,8 29.8
30 т-ША-Е=|-у
25 20
§
10 - — — — I—I—I—Н-
5 - — — — —I; — И—I—I-
о I И , И , И . И . я I I, I I
1:0,7 1:0,8 1:0,9 1:1 1:1,1 1:1,2 1:1,3 Соотношение "лецитин - раствор №ОН" (по массе) Рис. 1. Влияние соотношения «лецитин - раствор ЫаОН» (по массе) на значение Ам
Из представленной диаграммы видно, что для процесса нейтрализации липи-дов, проявляющих кислотные свойства, эффективным соотношением «лецитин -раствор ИаОН» является соотношение, равное 1,0:1,2. Для уточнения такого параметра, как продолжительность контактирования лецитина и раствора №ОН, систему «лецитин - СС14 - раствор ЫаОН» перемешивали в течение от 1 до 3 мин (рис. 2).
13
24,8 25,2
26
26,9
29,8 29.8
п
J_L
и
33
31
9
? 29 о
м А
27
25
1,0 1,5 2 2,5 3
Продолжительность контактирования, минут Рис. 2. Влияние продолжительности контактирования системы «лецитин - CC.li - раствор ЫаОН» на значение Ам
На основании полученных результатов установлена продолжительность контактирования лецитина и водного раствора гидроксида натрия, соответствующая 2 мин. Учитывая комплекс полученных результатов, определены эффективные режимы пробоподготовки образца жидкого лецитина, полученного из высокоолеинового подсолнечного масла: соотношение (по массе) «лецитин - ССЦ» - 1:6; соотношение (по массе) «лецитин - раствор КаОН» - 1,0:1,2; время контактирования - 2 мин. По установленным режимам пробоподготовки были подготовлены 10 образцов лецитинов с различным кислотным числом, а затем измерены амплитуды ЯМР протонов мыла (Ам) (табл. 2 и рис. 3).
Таблица 2
Влияние кислотного числа лецитина на значение аналитического параметра (Аы)
Образец лецитина Кислотное число, мг КОН/г Значение Ам, отн. ед.
1 14,3 12,9
2 15,7 14,6
3 17,8 17,2
4 19,6 19,4
5 21,4 21,6
6 22,8 23,3
7 24,3 25,1
8 26,7 28,0
9 29,7 31,6
10 30,5 32,6
40
10 н------
10 14 18 22 26 30 34
Ам, отн. ед.
Рис. 3. Зависимость кислотного числа лецитина от значения аналитического параметра Ам
Зависимость кислотного числа (К.ч.) от значения аналитического параметра описывается линейным уравнением (И2 = 0,9988):
К.ч.=3,6567+0,8233-Ам.
Полученные результаты явились основанием для разработки способа определения кислотного числа лецитина, полученного из высокоолеинового подсолнечного масла, который реализуется в течение 15 мин (90 мин стандартным способом), характеризуется высокой точностью, а именно предел повторяемости соответствует 2 % отн. и предел воспроизводимости - 3 % отн. (3 и 5 % отн. в стандартном способе).
ЛИТЕРАТУРА
1. Bot F. Inter-relationships between composition, physicochemical properties and functionality of lecithin ingredients /F. Bot, D. Cossuta, J.A. O'Mahony // Trends in Food Science & Technology. - 2021. - Vol. 111. - P. 261-270. " DOI: https:// doi.org/10.1016/j.tifs.2021.02.028. - Режим доступа: https: / /www.sciencedirect.com/ science/article/pii/S0924224421001357?via%3Dihub. ~
2. Comparative assessment of plant lecithins as the technologically functional components for creating encapsulated biologically active substances / E.A.Butina [et al.l / / International Journal of Pharmaceutical Research. - 2018. - Vol.10 (4). - P.297-304. DOI: https://doi.org/10.31838/ijpr/2018.10.04.026.
3. Патент № 2582912 Российская Федерация, МПК GOIN24/08. Способ определения содержания ацетоннерастворимых веществ (фосфолипидов) в подсолнечном лецитине : № 2015111284/28 : заявл. 27.03.2015 : опубл.27.04.2016/ Лисовая Е.В. [и др.]; заявитель ФГБНУ КНИИХП. - 5 с.
4. Патент № 2582913 Российская Федерация МПК GOIN 24/08. Способ определения содержания ацетоннерастворимых веществ (фосфолипидов) в соевом лецитине: № 2015111285/28 заявл. 27.03.2015; опубл.27.04.2016 / Лисовая Е.В. [и др.]; заявитель ФГБНУ КНИИХП. - 5 с.
5. Патент № 2581447 Российская Федерация МПК GOIN 24/08. Способ определения содержания ацетоннерастворимых веществ (фосфолипидов) в рапсовом лецитине: № 2015111282/28 заявл. 27.03.2015; опубл.20.04.2016 / Лисовая Е.В. [и др.]; заявитель ФГБНУ КНИИХП. - 5 с.
6. Исследование возможности применения метода ядерно-магнитной релаксации для определения кислотного числа подсолнечных лецитинов / Викторова Е.П. [и др.] //Новые технологии. - 2018. - №3. - С.13-20.
7. Инструментальный метод определения кислотного числа рапсовых лецитинов /Викторова Е.П. [и др.] // Известия Вузов. Пищевая технология. - 2019. - № 56. - С. 96-98. DOI: 10.26297/0579-3009.2019.5-6.24.
8. Контроль качества соевых лецитинов с применением импульсного метода ЯМР / Лисовая Е.В [п др.]// Новые технологии. - 2020. - №3. - С. 38-47. DOI: 10.24411/2072-0920-2020-10304.
9. Влияние состава жирных кислот фосфолипидов, содержащихся в подсолнечных лецитинах, на процесс мицеллообразования в неполярных растворителях / Лисовая Е.В. [и др.] // Известия Вузов. Пищевая технология. - 2021. - № 1. - С. 12-15. DOI: 10.26297/0579-3009.2021.1.2.
10. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2020619301 Российская Федерация. Программный комплекс для определения показателей качества лецитинов, с использованием импульсного метода ЯМР: №2020616874 заявл. 02.07.2020, опубл. 17.08.2020 / Агафонов О.С., Зверев Л.В., Прудников С.М. - Бюл. №8. - 1 с.
REFERENCES
1. Bot F. Inter-relationships between composition, physicochemical properties and functionality of lecithin ingredients /F. Bot, D. Cossuta, J.A. O'Mahony // Trends in Food Science & Technology. 2021. Vol. 111. P. 261-270. DOI: https:// doi.org/10.1016/j.tifs.2021.02.028. Rezhim dostupa: https://www.sciencedirect.com/ science/article / pii/S0924224421001357?via%3Dihub.
2. Comparative assessment of plant lecithins as the technologically functional components for creating encapsulated biologically active substances / E.A.Butina [et al.] //International Journal of Pharmaceutical Research. 2018. Vol.4 (10). P.297-304. DOI: https://doi.org/ 10.31838/ijpr/2018.10.04.026.
3. Patent № 2582912 Rossijskaya Federaciya, MPK GOIN24/08. Sposob opredele-niya soderzhaniya acetonnerastvorimyh veshchestv (fosfolipidov) v podsolnechnom lecit-ine [Method for determining the content of insoluble acetone (phospholipids) in sunflower lecithin] : № 2015111284/28 : zayavl. 27.03.2015 : opubl.27.04.2016/ Lisovaya E.V. [i dr.]; zayavitel' FGBNU KNIIHP. 5 s.
4. Patent № 2582913 Rossijskaya Federaciya MPK GOIN 24/08. Sposob opredele-niya soderzhaniya acetonnerastvorimyh veshchestv (fosfolipidov) v soevom lecitine [Method for determining the content of insoluble acetone (phospholipids) in soy lecithin]: № 2015111285/28 zayavl. 27.03.2015; opubl.27.04.2016 / Lisovaya E.V. [i dr.]; zayavitel' FGBNU KNIIHP. - 5 s.
5. Patent № 2581447 Rossijskaya Federaciya MPK GOIN 24/08. Sposob opredele-niya soderzhaniya acetonnerastvorimyh veshchestv (fosfolipidov) v rapsovom lecitine [Method for determining the content of acetone-insoluble substances (phospholipids) in rapeseed lecithin]: № 2015111282/28 zayavl. 27.03.2015; opubl.20.04.2016 / Lisovaya E.V. [i dr.]; zayavitel' FGBNU KNIIHP. - 5 s.
6. Issledovanie vozmozhnosti primeneniya metoda yaderno-magnitnoj relaksacii dlya opredeleniya kislotnogo chisla podsolnechnyh lecitinov [Investigation of the possibility of using the method of nuclear magnetic relaxation to determine the acid value of sunflower lecithins] / Viktorova E.P. [i dr.] //Novye tekhnologii. - 2018. - №3. - S.13-20.
7. Instrumental'nyj metod opredeleniya kislotnogo chisla rapsovyh lecitinov [Instrumental method for determining the acid value of rapeseed lecithins] / Viktorova E.P. [i dr.] // Izvestiya Vuzov. Pishchevaya tekhnologiya. - 2019. - № 5-6. - S. 96-98. DOI: 10.26297/0579-3009.2019.5-6.24."
8. Kontrol' kachestva soevyh lecitinov s primeneniem impul'snogo metoda YAMR [Quality control of soy lecithins using the pulse NMR method] / Lisovaya E.V [i dr.]// Novye tekhnologii. - 2020. - №3. - S. 38-47. DOI: 10.24411/2072-0920-2020-10304.
9. Vliyanie sostava zhirnyh kislot fosfolipidov, soderzhashchihsya v podsolnech-nyh lecitinah, na process micelloobrazovaniya v nepolyarnyh rastvoritelyah [Influence of the composition of fatty acids of phospholipids contained in sunflower lecithins on the process of micelle formation in non-polar solvents] / Lisovaya E.V. [i dr.] / / Izvesti-yaVuzov. Pishchevaya tekhnologiya. - 2021. - Nq 1. - Pp. 12-15. DOI: 10.26297/0579 -3009.2021.1.2.
10. Svidetel'stvo о gosudarstvennoj registracii programmy dlya EVM 2020619301 Rossijskaya Federaciya. Programmnyj kompleks dlya opredeleniya pokazatelej kachestva lecitinov, s ispol'zovaniem impul'snogo metoda YAMR [A software package for determining the quality indicators of lecithins using the pulsed NMR method]: №2020616874 zayavl. 02.07.2020, opubl. 17.08.2020 / Agafonov O.S., Zverev L.V., Prudnikov S.M. - Byul. №8.-1 pp.
