CC BY
288
ПРОДОВОЛЬСТВЕННОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 664-053.2:658.562
Возможность использования метода ИК-спектроскопии для определения качества и подтверждения подлинности состава масел растительного происхождения
Possibility of use of a method of IK-spectroscopy for determination of quality and confirmation of authenticity of composition of oils of a phytogenesis
Профессор И. А. Авилова (Юго-Западный государственный университет) кафедра товароведения, технологии и экспертизы товаров, тел. 8-920 -700-02-00 E-mail: [email protected] Professor I.A. Avilova
(South-West State University) chair of commodity research, technology and expertise of goods, tel. 8-920 -700-02-00 E-mail: [email protected]
Реферат. Одним из наиболее распространенных применений инфракрасной спектроскопии является анализ смесей и идентификация веществ. Исследование пищевых продуктов при помощи инфракрасной спектроскопии имеет ряд преимуществ - при использовании инфракрасной спектроскопии для определения качественного и количественного состава природных смесей нет необходимости разрушать вещества. Одним пз этапов исследования является интерпретация спектров - выделение определяющих полос поглощения в спектрах и пх интенсивности. Полосы поглощения появляются в результате переходов между колебательными уровнями электронного состояния изучаемой системы. Максимумы полос, их полуширина и интенсивность зависят от масс атомов, составляющих молекулу, ее строения, особенностей межатомных сил и др. Поэтому инфракрасные спектры отличаются большой индивидуальностью, что и является ценным при идентификации и изучении строения различных соединений. Расшифровка инфракрасных спектров биологических образцов достаточно сложна. Важной особенностью метода инфракрасной спектроскопии является то, что полосы поглощения одного п того же вида колебаний атомной группы различных веществ располагаются в определенном диапазоне инфракрасного спектра, а максимум полосы поглощения атомной группы указывает на природу вещества.
Summary. One of the most common applications of infrared spectroscopy is the analysis of mixtures and identification of substances. The analysis of food products using infrared spectroscopy has a number of advantages when using infrared spectroscopy to determine the qualitative and quantitative composition of natural mixtures there is no need to destroy the substances. One of the stages of the research is the interpretation of the spectra - defining the allocation of the absorption bands in the spectra and their intensity. Absorption bands result from transitions between the vibrational levels of the electronic state of the studied system. The maxima of the bands, their width and intensity depend on the masses of atoms constituting a molecule, its structure, peculiarities of the interatomic forces and others. Therefore, IR spectra differ a great personality, and is valuable in identifying and studying the structure of various compounds. Transcript of infrared spectra of biological samples is rather complicated. An important feature of the method of infrared spectroscopy is that the absorption bands of the same kind of vibrations of the atomic groups of various substances are placed within a certain range of the infrared spectrum, and the maximum absorption band of the atomic group indicates the nature of the substance.
Ключевые слова: ИК-спектроскопия, инфракрасные спектры, диапазоны инфракрасного спектра, растительные масла, химический состав, физические свойства.
Keywords: IK-spectroscopy, infrared ranges, ranges of an infrared range, vegetable oils, chemical composition, physical properties.
© Авилова И.A., 2016
Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК-продукты здорового питания, N° 4, 2016
В последнее время в научной литературе появляется все больше публикаций, посвященных применению ИК-спектроскопии в анализе продуктов питания. Основой метода инфракрасной спектроскопии является инфракрасное излучение. Все нагретые тела излучают энергию в инфракрасном спектре, длина волны зависит от температуры нагревания - короткая длина волны соответствует более высокой температуре и интенсивности излучения.
Полосы поглощения появляются в результате переходов между колебательными уровнями основного электронного состояния изучаемой системы. Максимумы полос, их полуширина, интенсивность каждой молекулы зависят от масс составляющих ее атомов, строения, особенностей межатомных сил и др. Поэтому инфракрасные спектры отличаются большой индивидуальностью, что и является ценным при идентификации и изучении строения различных как органических, так и неорганических соединений. При поглощении группами атомов образца электромагнитных излучений в инфракрасном диапазоне происходит поглощение тех квантов, частоты которых соответствуют частотам колебаний молекул. В связи с этим одно из наиболее распространенных применений инфракрасной спектроскопии -это анализ смесей и идентификация чистых веществ. Идентификацию веществ проводят, как правило, с помощью сравнения полученного спектра с электронными базами спектров. На сегодняшний день базы созданы для множества классов и групп соединений, их количество исчисляется десятками и сотнями тысяч спектров [1].
Инфракрасная спектроскопия имеет ряд преимуществ перед спектроскопией в видимой и ультрафиолетовой областях - при использовании инфракрасной спектроскопии для определения качественного и количественного состава природных смесей нет необходимости разрушать вещества, что позволяет применять их для дальнейших исследований.
С помощью метода ИК-спектроскопии были проанализированы следующие сорта растительных масел:
- рафинированное, дезодорированное, высший сорт;
- первого отжима рафинированное, дезодорированное, вымороженное, первый сорт;
- рафинированное, вымороженное, первый сорт;
- ароматное, первый отжим, нерафинированное.
Несмотря на то что масла из семян подсолнечника изготовлены разными производителями и по разным технологиям, при визуальном сравнении имеют очень близкие ИК-спектры. Для сравнения приведен спектр ментолового масла, имеющий совершенно иную спектрограмму (рис. 1,2).
Рис. 1. Спектрограммы подсолнечного масла: — подсолнечное масло; — спектр сравнения
£ г
Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК-продукты здорового питания, № 4, 2016
Необходимым этапом исследования является интерпретация спектров, т.е. выделение определяющих положение полос в спектрах и их интенсивности. Инфракрасный спектр проанализированных растительных масел, как и любого органического образца, представляет собой суммарный спектр, в котором происходит наложение полос поглощения различных функциональных групп органических веществ. Основой растительных масел, как и всех жиров, являются полные сложные эфиры глицерина и высших алифатических кислот. Многие высшие алифатические кислоты впервые были выделены именно из жиров, поэтому их часто называют «жирными» кислотами. В состав сложного эфира входит одна молекула глицерина, связанная с остатками трёх жирных кислот, поэтому эти соединения называют триацилглицеринами (более старое название - триглицериды). Массовая доля триа-цилглицеринов в жирах составляет 93-98 %. Свойства масел зависят от того, остатки каких высших алифатических кислот входят в состав триацилглицеринов.
оооо:.
С 04й:
сом; сил; оом; 0 03*1 О 0Х): ц соде; | оо
с 034; Л 033
0 0'»: 0014; 00'?; оою-ооо«! ооое; 0004; сос?:
Рис. 2. Спектрограмма ментолового масла: — ментоловое масло; — спектр сравнения
В спектрах (рис. 1) видны интенсивные полосы в области от 2 800 до 3 000-полосы валентных колебаний групп С-Н, 1 720-1 750 см 1 обусловлены смешением колебаний групп С-Н и С-С, а также смешением колебаний групп С-Н и С=0 в молекулах жирных кислот, 1 400-1 450 см 1 расположены полосы плоских деформационных колебаний групп С-Н. Указанные полосы могут использоваться для подтверждения состава и идентификации масел методом ИК-спектроскопии.
Наличие в молекулах жирных кислот двойных и тройных связей определяет физические и химические свойства растительных масел и их реакционную способность. Чем больше доля предельных кислот, содержащих только простые одинарные о-связи, тем выше температура кипения и плавления такого масла, тем ниже его реакционная способность (в реакциях полимеризации и окисления). Присутствие в составе триацилглицеринов преимущественно непредельных высших кислот, содержащих одну или несколько двойных связей (в состав которых кроме о-связи входит менее прочная и потому более реакционноспособная п-связь), снижает температуру кипения и плавления масел и увеличивает их реакционную способность - при контакте с кислородом воздуха или при нагревании до 250-300 °С многие растительные масла подвергаются окислительной полимеризации («высыхают»), образуя плёнки. Льняное, конопляное и тунговое масла содержат в основном эфиры кислот с двумя или тремя двойными связями (линолевой, линоленовой и др.).
Технологии пищевой и m АПК-продукты з
гывающей промышленности питания, Np 4, 2016
Кукурузное, соевое и маковое масла содержат остатки кислот с одной или двумя двойными связями (олеиновой, линолевой), а кокосовое и пальмовое масла имеют в своём составе преимущественно эфиры глицерина и насыщенных кислот (лауриновой, пальмитиновой, стеариновой) и небольшое количество мононенасыщенной олеиновой, а невысыхающее касторовое масло содержит триглицерид ри-цинолевой кислоты [2, 3].
Поскольку в состав масел входят и специфические вещества, т.е. находящиеся только в определенных видах жиров, например, госсипол (в хлопковом), сезамин (в кунжутном), теобромин (в масле какао), то свойства этих веществ можно использовать при идентификации жиров с помощью ИК-спектроскопии, а также для обнаружения их в жировых смесях. Метод ИК-спектроскопии можно использовать и для определения сопутствующих веществ в масле, например, примеси органические и минеральные, которые могут попасть в масло в результате особенностей условий выращивания и переработки масличных культур или хранения масла. Такими примесями могут быть различные пестициды, бензин (в экстракционных маслах), мыло (в жирах, рафинированных щёлочью) и т.д. Обычно расшифровка инфракрасных спектров биологических образцов достаточно затруднительна, поэтому необходимо при возможности разделить образцы на более простые компоненты, которые хорошо изучены и по которым можно более точно определить состав компонентов в образце. Важной особенностью метода инфракрасной спектроскопии является то, что полосы поглощения одного и того же вида колебаний атомной группы различных веществ располагаются в определенном диапазоне инфракрасного спектра (например, 3 720-3 550 см-1- диапазон валентных колебаний групп - ОН; 3 050-2 850 см 1 - групп -СН, -СНг, -СНз органических веществ), а максимум полосы поглощения атомной группы указывает на природу вещества [4].
В результате проведенных исследований можно сказать, что методы ИК-спектроскопии могут ис-пользоваться для определения качества масел из растительного сырья, подтверждения подлинности состава, а также для контроля технологического процесса и идентификации производителя растительных масел.
1. Вершинин, В.И. Компьютерная идентификация органических соединений [Текст] / В.И. Вершинин, В.Г. Дерендяев, К.С. Лебедев,- М.: Академкнига, 2002. -
2. Тютюнников, Б.Н. Химия жиров [Текст]: учеб. / Б.Н. Тютюнников. - М.: Пищевая промышленность, 2005. - 632 с.
3. Авилова, И.А. Современные тенденции и инновации при производстве пищевых продуктов [Текст] / И.А. Авилова / / Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Физика и химия,- 2013.- № 2.- С. 072-076.
4. Авилова, И.А. Современные физико-химические методы анализа сырья и пищевых продуктов [Текст]: монография / И.А. Авилова, А.Г. Беляев, O.A. Бывалец, Е.Ю. Потреба, С.А. Чугунов. - М.: Издательство «Перо», 2014,- 166 с.
1. Vershinin V.I., Derendyaev V.G., Lebedev K.S. Kompyuternaya identifïkaciya organicheskikh soedinenij [Computer identification of organic compounds], Moscow, 2002, 197 pp. (Russian).
2. Tyutyunnikov B.N. Khimiya zhirov [Chemistry of fats], Moscow, 2005, 632 pp. (Russian).
3. Avilova I.A Sovremennye tendencii i innovacii pri proizvodstve pishhevykh produktov [Current trends and innovations in case of production of foodstuff] Izvestiya Yuog- Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Fizika i khimiya, 2013, No 2, pp.72-76 (Russian).
4. Avilova I.A Sovremennye fiziko khimicheskie metody analiza syrya i pishhevykh produktov [Modern physical and chemical methods of the analysis of raw materials and foodstuff], Moscow, 2014, 166 pp. (Russian).
ЛИТЕРАТУРА
197 с.
REFERENCES
