Дослідження розчинності натрієвих солей жирних кислот в основі нейтралізуючого розчину, що містить етанол і гліцерин

УДК 665.12

І. П. ПЕТІК, наук. співроб., УкрНДІОЖ;
Ф. Ф. ГЛАДКИЙ, д-р техн. наук, проф., НТУ «ХПІ»;
П. Ф. ПЕТІК, канд. техн. наук, директор УкрНДІОЖ;
З. П. ФЕДЯКІНА, нач. відділу, УкрНДІОЖ;
А. П. БЄЛІНСЬКА, канд. техн. наук, ст. викл, НТУ «ХПІ»

В статті отримано інформацію про розчинність солей жирних кислот (мил) триацилгліцеринів ряду олій в основі нейтралізуючого розчину обґрунтованого компонентного складу. Встановлено кількісні залежності граничної розчинності мил цих олій в основі нейтралізуючого розчину від температури. Запропоновано використовувати концентровані соапстоки в нейтралізуючому розчині обґрунтованого складу як рідке туалетне мило.

Ключові слова: солі жирних кислот, мильно-лужний розчин, поверхневий натяг, розчинність, рідке мило

Вступ


Олійно-жирова галузь у нашій країні працює в умовах зростання вартості сировинних та енергетичних ресурсів. Сформовані ринкові умови практично виключають реалізацію нерафінованих олій і жирів, тому актуальною є розробка пропозицій по інтенсифікації процесів рафінації.

Постановка проблеми у загальному вигляді


Процес рафінації олій та жирів у мильно-лужному середовищі поширений в промисловості і вважається ефективним. Однак дана технологія має ряд недоліків. Один з них пов’язаний з обмеженням загальної швидкості процесу стадією коалесценції крапель рафінованої олії (жиру) на межі розподілу фаз. Практично на межі розподілу рафінованої олії (жиру) та мильно-лужним розчином утворюється шар емульсії, і це змушує знижувати подачу олії (жиру), а для усунення емульсійного шару переривати процес для видалення цього шару. Ще один недолік методу нейтралізації в мильно-лужному середовищі – утворення розбавлених соапстоків, які потребують подальшого концентрування шляхом випарювання під вакуумом. Соапстоками в жиропереробній промисловості називають відстої, що утворюються в результаті лужного рафінування рослинних олій та жирів. Вміст загального жиру в соапстоках при безперервному способі нейтралізації олій та жирів в мильно-лужному середовищі становить 10 % і більше; нейтральні триацилгліцерини зазвичай становлять там до 70 % від загального вмісту жиру в соапстоці, тобто вміст власне мила в соапстоці складає близько 3 %.

У зв’язку з викладеним вище, є актуальним вирішення питань щодо раціональних шляхів отримання високоякісного продукту – нейтралізованої олії (жиру), максимального заощадження ресурсної бази виробництва і отримання концентрованих соапстоків, що практично не містять нейтрального жиру, переробку яких буде значно полегшено.

В роботах [1, 2] встановлено кількісні залежності поверхневого натягу та густини зразків основи нейтралізуючого розчину від концентрації компонентів (води, етанолу і гліцерину), а також обґрунтовано оптимальний склад відносно поверхневого натягу та густини основи нейтралізуючого розчину для олій (жирів). Дані розробки дозволять підвищити ефективність нейтралізації олій в мильно-лужному середовищі, а саме підвищити концентрацію соапстоків і практично виключити вміст в них нейтрального жиру.

Розроблена основа нейтралізуючого розчину окрім води містить етанол і гліцерин, що робить її значно дорожчою за воду, яка традиційно використовується в даній технології. Виходячи з цього, виникає питання визначення шляхів застосування соапстоків після нейтралізації олій (жирів) в основі нейтралізуючого розчину.

Мета і задачі дослідження


Відповідно до вищенаведеного, метою дослідження є отримання інформації про розчинність солей жирних кислот (мил) триацілгліцеринів ряду олій в основі нейтралізуючого розчину обґрунтованого компонентного складу (вода : етанол : гліцерин у співвідношенні 30 : 30 : 40), а також визначення ступеню збільшення даної розчинності в порівнянні з контрольним розчинником, що використовується в сучасній технології нейтралізації олій та жирів, – води.

Для досягнення мети досліджень необхідно вирішення наступних завдань: визначення граничної розчинності солей жирних кислот триацілгліцеринів ряду олій в нейтралізуючому розчині обґрунтованого складу від температури розчинення; пропозиція використання соапстоків після нейтралізації олій та жирів в нейтралізуючому розчині обґрунтованого складу.

Результати досліджень


Солі жирних кислот (мила) отримано шляхом омилення зразків рафінованих соняшникової, пальмоядрової та кокосової олій гідроксидом натрію, виділення жирних кислот з суміші та їх подальшого омилення. Досліджено розчинність отриманих натрієвих солей жирних кислот в трикомпонентному нейтралізуючому розчині при різних температурах. Результати даних досліджень представлено на рис. 1.

natrievi_soli
Рис. 1 – Залежність граничної розчинності мил стеаринової (1), пальмітинової (2), міристинової (3), лауринової (4), олеїнової (5), лінолевої (6) і ліноленової (7) жирних кислот в основі нейтралізуючого розчину від температури

Залежність розчинності мил окремих жирних кислот в основі нейтралізуючого розчину від температури описуються рівняннями другого ступеня. Отримано рівняння регресії залежності граничної розчинності мил вищевказаних жирних кислот в діапазоні заданих температур при величині достовірності апроксимації R >0,9.

Аналізуючи графічні описи залежностей граничної розчинності мил стеаринової, пальмітинової, міристинової, лауринової, олеїнової, лінолевої і ліноленової жирних кислот в основі нейтралізуючого розчину від температури, можна дійти висновку, що вирішальне значення в характері розчинності солей жирних кислот в основі нейтралізуючого розчину мають молекулярна маса жирної кислоти та ступінь ненасиченості її молекули.

Результати досліджень граничної розчинності натрієвих солей (мил) жирних кислот окремих олій в основі нейтралізуючого розчину від температури розчинення показано на рис. 2.

natrievi_soli1
Рис. 2 – Залежність граничної розчинності мил пальмового стеарину (1), пальмової (2), кокосової (3), пальмоядрової (4) олій, пальмового олеїну (5), соняшникової (6) і соєвої (7) олій в основі нейтралізуючого розчину від температури

Вирішальне значення в ступені розчинності натрієвих солей жирних кислот окремих олій в основі нейтралізуючого розчину мають будова і співвідношення жирних кислот, що входять до складу олій, а, отже, і температура плавлення олій.

Виходячи з результатів досліджень, гранична розчинність мил жирних кислот дослідженого ряду олій в основі нейтралізуючого розчину при температурі 60-70°С коливається в межах від 25 % (для пальмової олії) до 47 % (для соняшникової та соєвої олій), що перевищує таку в воді в 2,5 – 4,7 рази.

Залежність розчинності мил окремих олій в основі нейтралізуючого розчину від температури описуються рівняннями другого ступеня. Отримано рівняння регресії залежності граничної розчинності мил вищевказаних олій в діапазоні заданих температур при величині достовірності апроксимації R >0,9. На підставі результатів досліджень обґрунтовано рекомендації щодо розчинності натрієвих солей жирних кислот та їх сумішей в нейтралізуючому розчині, а саме: гранична розчинність солей означених жирних кислот та їх сумішей, що мають місце в означених оліях, в нейтралізуючому розчині при температурі 60–65 °С коливається в межах від 25 до 47 %; гранична розчинність мил жирних кислот в заданому діапазоні температур в основі нейтралізуючого розчину перевищує таку в воді в 2,5 – 4,7 разів; запропоновано використовувати концентровані соапстоки після нейтралізації олій та жирів в нейтралізуючому розчині обґрунтованого складу після подальшої обробки як рідке туалетне мило. Причому концентрація соапстоку в ньому (в перерахунку на жирні кислоти) має складати близько 20 % (згідно з вимогами нормативної документації на рідке мило).

Висновки

Використання основи нейралізуючого розчину розробленого компонентного складу дозволить підвищити ефективність нейтралізації олій в мильно-лужному середовищі, а саме збільшити концентрацію соапстоку.

Список літератури:
1. Петік І. П. Вплив компонентного складу основи нейтралізуючого розчину на його характеристики [Текст] / І.П. Петік, Ф. Ф. Гладкий, З.П. Федякіна, А. П. Бєлінська, Л. М. Філенко // Вісник Національного технічного університету «Харківського політехнічного інституту». – Харків: НТУ «ХПІ». – 2011. – № 58. – С. 31-35.
2. Петік І. П. Склад основи нейтралізуючого розчину як фактор ефективності рафінації олій та жирів [Текст]/ І. П. Петік, Ф. Ф. Гладкий, З. П. Федякіна, А. П. Бєлінська // Технічні науки: стан, досягнення і перспективи розвитку м′ясної, олієжирової та молочної галузей [Текст]: матеріали Міжнародної наук.-техн. конф., 22-23 березня, 2012 р. / оргкомітет: А. І. Українець (голова). – Київ: НУХТ. – 2012. – с. 108.
3. Обработка экспериментальных данных [Электронный ресурс] / Б. Д. Агапьев, В. Н. Белов, Ф. П. Кесаманлы и др. – Санкт-Петербург : Изд-во СПбГТУ, 2001. – Режим доступа : http://users.kpi.kharkov.ua/fmp/biblio/ BOOK1/ ref.html. – Последний доступ : 2010. – Название с экрана.

Надійшла до редколегії 20.11.2012

УДК 665.12
Дослідження розчинності натрієвих солей жирних кислот в основі нейтралізуючого розчину, що містить етанол і гліцерин / І. П. Петік Ф. Ф. Гладкий П. Ф. Петік З. П. Федякіна А. П. Бєлінська // Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Нові рішення в сучасних технологіях. – Х: НТУ «ХПІ», – 2012. – № 66 (972). – С. 138-141. – Бібліогр.:3 назв.

В статье получена информация о растворимости солей жирных кислот (мыл) триацилглицеринив ряда масел в основе нейтрализующего раствора обоснованного компонентного состава. Установлены количественные зависимости предельной растворимости мыл данных масел в основе нейтрализующего раствора от температуры. Предложено использовать концентрированный соапсток в нейтрализующем растворе обоснованного состава как жидкое туалетное мыло.

Ключевые слова: соли жирных кислот, мыльно-щелочной раствор, поверхностное натяжение, растворимость, жидкое мыло

In the article information is obtained on the solubility of salts of fatty acids (soaps), triacylglycerol oils based on a number of neutralizing solution sound component composition. The quantitative dependence of the maximum solubility of these oils, soaps based on neutralizing the solution with temperature. Proposed to use a concentrated soap stock in a neutralizing solution of sound as liquid soap.

Keywords: salts of fatty acids, soap-alkaline solution, surface tension, solubility, liquid soap


Стаття опублікована у Віснику НТУ «ХПІ» в 2012 році.

Дослідження впливу кількості етанолу на температуру плавлення отриманих фракцій пальмової олії

УДК 664.3:547
П. Ф . Петік, кандидат технічних наук, директор
І. М. Демидов, доктор технічних наук, професор, завідувач лабораторією хімії жирів олійно-жирових виробництв
В. Ю. Папченко, кандидат технічних наук, заступник директора з наукової роботи
Л. М. Кузнецова, молодший науковий співробітник лабораторії інструментальних досліджень
Український науково-дослідний інститут олій та жирів Національної академії аграрних наук України

Розглянуто фракціювання пальмової олії кристалізацією з розчину в етиловому спирті при співвідношенні пальмова олія: етанол 1:0 – 1:3. Досліджено вплив кількості етанолу на вихід і температуру плавлення фракцій пальмової олії, порівняно отримані фракції з пальмовим стеарином ісуперолеіном. Встановлена кількість етанолу, що необхідна для проведення сольвентного фракціювання пальмової олії.
Ключові слова: пальмова олія, співвідношення, фракціювання, фракція, температура плавлення, етанол, розчинник, кристалізація


Рассмотрено фракционирование пальмового масла кристаллизацией из растворав этиловом спирте при соотношении пальмовое масло: этанол 1:0 – 1:3. Исследовано влияние количества этанола на выход и температуру плавления фракций пальмового масла, полученные фракции сравнены с пальмовым стеарином и суперолеином. Установлено количество этанола, которое необходимо для проведения сольвентного фракционирования пальмового масла.
Ключевые слова: пальмовое масло, соотношение, фракционирование, фракция, температура плавления, этанол, растворитель, кристаллизация

1. Вступ

Обстановка на світовому ринку рослинних жирів та олії розвивається цілком сприятливо, що обумовлене стабільним зростанням попиту на ці продукти. Тропічний жир, а саме пальмова олія та її фракції імпортуються в Україну, головним чином, як сировина для виробництва маргаринової продукції та жирів спеціального призначення, а не для реалізації через торгівельну мережу.

Світовий попит на пальмову олію збільшується,а асортимент продукції на основі пальмової олії та продуктів її переробки розширюється. Гарантією цьому є унікальні природні властивості пальмової олії, оскільки тільки із застосуванням різних способів фракціювання з неї можна отримувати до 10 різних фракцій, що мають різні твердість і криву плавлення. Пальмова олія має характерний жирно кислотний склад, досить відмінний від інших торгових олій, вона містить майже рівні частини насичених та ненасичених жирних кислот.

Більшість міжнародних компаній включають пальмову олію у рецептури виготовлення харчової та технічної продукції. Причини, завдяки яким пальмова олія займає все більш міцні позиції наступні:

  • поява на світовому ринку різних фракцій та очищених форм тропічних олій;
  • стрімке збільшення об’єму виробництва та експорту тропічних олій;
  • доступність і конкурентоздатна цінова політика країн-експортерів.

2. Аналіз літературних даних і постановка проблеми

Фракції пальмової олії успішно застосовують для виробництва маргаринів, замінників молочного жиру і масла какао, кондитерських і кулінарних жирів,мила. На даний час для їх отримання використовують три істотно різних процеси фракціювання триацил-гліцеринів: “сухе” фракціювання, фракціювання з детергентом або сольвентне фракціювання [1–4].

Метою використання технології сольвентного фракціювання є промислове виробництво жирових продуктів з унікальними властивостями. Фракційна кристалізація з розбавленого розчину у порівнянні з фракціюванням без розчинника має наступні переваги:

  • ефективніше розділення з високим виходом;
  • висока швидкість процесу;
  • підвищена чистота продуктів.

Розподіл олій та жирів на фракції дозволяє отримувати два і більше продуктів з різною функціональністю,з одного початкового жирового продукту. Так з пальмової олії отримують пальмовий стеарин, олеїн та суперолеїн, але найбільш відоме застосування цього типу фракціювання для одержання еквівалентів какао-масла або його замінників.

Пальмовий стеарин за фізичними властивостями значно відрізняється від пальмової олії і має широкі межі значень температури плавлення і йодного числа. Ця високоплавка фракція пальмової олії використовується для виробництва маргаринів і легких масел, а також у кондитерській промисловості.

Пальмовий олеїн має вузький склад ацилгліцеролів, він повністю рідкий в теплому кліматі і легко змішується з будь-якою олією. Відносно новий продукт – суперолеін, який користується великим попитом, але основний обсяг виробництва припадає на стандартний олеїн.

Огляд технологій сольвентного фракціювання спонукає пошуки більш дешевших і екологічніших технологій одержання фракцій тропічних олій без застосування у виробництві харчових продуктів таких розчинників як ацетон, гексан, що не є харчовими речовинами.

3. Мета дослідження

В якості об’єкту дослідження процесу фракціювання обрано пальмову олію, оскільки вона містить 32–38 % 2-олеодінасичених триацилгліцеринів, основну частину яких складає 2-олеодіпальмітин і є найбільш перспективною сировиною для виробництва замінників масла какао.

Як органічний розчинник обрано етиловий спирт, оскільки він є харчовою речовиною на відміну від ацетону та гексану і його залишки в жирі у набагато меншій мірі небезпечні ніж, наприклад, залишки ацетону або гексану. До того ж етанолу в Україні виробляють надмірну кількість, а залежність розчинності жирів в ньому від температури досить суттєва, тому його доцільно використовувати при бажанні одержати фракції пальмової олії [5, 6].

Отже мета даної роботи полягає у дослідженні впливу кількості етанолу на вихід і температуру плавлення фракцій, отриманих сольвентним фракціюванням пальмової олії з використанням етанолу.

4. Експериментальні дані та їх обробка

Дослідження процесу фракціювання виконано на промисловому зразку пальмової олії, жирно кислотний склад, температура плавлення і затвердіння якої представлено у табл. 1.

Таблиця 1. Фізико-хімічні характеристики пальмової олії

Найменування показника Значення показника
Кислота, масова частка, %
С12:0 0,4
С14:0 1,2
С16:0 45,6
С18:0 4,7
С18:1 38,4
С18:2 8,2
С18:3 1,5
Температура плавлення, 0C +35,3
Температура затвердіння, 0C +27,0

Двостадійне фракціювання пальмової олії кристалізацією з розчину в етанолі проведено згідно [7]. Як видно з табл. 2 зі збільшенням кількості спирту збільшується вихід (Вх, %) середньої фракції пальмової олії та підвищується температура плавлення (Тпл, оС) високоплавкої фракції пальмової олії, одночасно з покращенням фізико-хімічних характеристик низькоплавкої фракції пальмової олії (табл. 2). Контроль показників фракцій пальмової олії на території України здійснюється за ДСТУ 4439:2005 [8] і ДСТУ4438:2005 [9].

Таблиця 2. Характеристики фракцій пальмової олії

Частка етанолу в співвідношенні олія : етанол Фракції пальмової олії
високоплавка середня низькоплавка
Тпл, оС Вх, % Тпл, оС Вх, % Тпл, оС Вх, %
0 +51,0 27,7 +40,0 6,39 +18,7 52,8
0,5 +54,0 16,0 +38,0 31,5 +10,3 37,0
1 +54,3 14,4 +38,6 35,2 +10,8 41,1
2 +55,0 17,0 +35,0 30,0 +15,0 46,0
3 +54,3 18,5 +38,5 39,1 +16,0 37,7
Середнє значення +54,4 16,5 +37,5 34,0 +13,0 40,5
Значення за ДСТУ [8, 9]. +44…+56 +32…+40,5 +13…+16

Максимальне значення температури плавлення високоплавкої фракції +55 °С спостерігається при співвідношення олія: спирт 1:2, а максимальний вихід високоплавкої фракції пальмової олії 27,7 % з температурою плавлення +51 °С (табл. 2) отримано в експерименті, що проведено без використання розчинника, але у цьому досліді одночасно маємо низький вихід середньої фракції пальмової олії лише 6,4 % з температурою плавлення +40 °С. До того ж, в експерименті, що проведено без використання розчинника, тривалість кристалізації становить 18 годин на відміну від експериментів з розчинником, де тривалість кристалізації становить лише 60 – 90 хв., а отримана високоплавка фракція пальмової олії має дещо більшу температуру плавлення у межах +54,0…+55,0 °С з середнім виходом 17 % (табл. 2).

Таблиця 3. Фізико-хімічні характеристики отриманої низько плавкої фракції

Найменування показника Низькоплавка фракція
1:0,5 1:1 1:2 1:3
Основний жирнокислотний склад, %:
C16:0 39,2 37,3 39,3 42,5
C18:0 3,8 3,5 3,4 4,5
C18:1 45,4 46,3 42,2 42,6
C18:2 7,7 10,9 11,0 9,5

Крім того, в експериментах, що проведено з розчинником значно кращі фізико-хімічні характеристики середньої і низькоплавкої фракцій пальмової олії (табл. 2). Температура плавлення низькоплавкої фракції від при різній кількості етанолу складає +10,3 oС…+16 oС з середнім виходом 40,5 %, отримана фракція за своїми фізико-хімічними характеристиками відповідає пальмовому суперолеіну [9].

5. Висновки

Порівнюючи результати дослідів без використання розчинника та з розчинником можна зробити висновок про те, що наявність розчинника дає можливість:

  • досягати більшої швидкості кристалоутворення;
  • отримувати фракції з вузьким діапазоном характеристик;
  • отримувати середню фракцію пальмової олії;
  • покращує ефективність розділення твердих та рідких фракцій на стадії фільтрації.

Крім того, видно з отриманих результатів для проведення сольвентного фракціювання пальмової олії з використанням етанолу, доцільно використовувати співвідношення пальмова олія:етанол 1:2, при якому спостерігається задовільні, як вихід, так і фізико-хімічні показники фракцій, у разі ж сольвентного фракціювання з використанням ацетону та гексану на одну частку олії доводиться чотири – п’ять часток розчинника [10].

Література:
1. Гладкий, Ф.Ф. Технологія модифікованих жирів [Текст] / Ф.Ф. Гладкий, В.К. Тимченко, І.М. Демидов та ін. – Харків:Підручник НТУ “ХПІ”, 2012. – 210 с.
2. О’Брайен, Р. Жиры и масла. Производство, состав и свойства, применение [Текст] / Р. О’Брайен. – СПб.: Профессия, 2007.– 752 с.
3. Пантзарис, Т.П. Карманный справочник по использованию пальмового масла / Т.П. Пантзарис – Министерство сырьевойпромышленности, Малайзия, 2000. – 163 с.
4. Тимченко, В.К. Фракціонування пальмової олії з використанням поверхнево-активної речовини / В.К. Тимченко,А.П. Мельник, О.А. Лукіна // Олійно-жировий комплекс. – 2005. – № 1. – С. 21 – 23.
5. Демидов, И.Н. Использование этанола в масложировой промышленности / И.Н. Демидов // Олійно-жировий комплекс. –2004. – № 1. – С. 21 – 23.
6. Демидов, И.Н. Использование этанола при фракционировании жиров – перспективная технология / И.Н. Демидов, Л.Н. Кузнецова // Тезисы докладов 10-й международной конференции "Масложировая индустрия 2010", 27-28 октября 2010 г. Санкт-Петербург – 2010. – С. 160 – 162.
7. Кузнецова, Л.М. Дослідження фракціонування пальмової олії / Л.М. Кузнецова, І.М. Демидов, В.Ю. Папченко // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. – 2012. – № 1. – С. 100 – 104.
8. ДСТУ 4439:2005. Стеарин пальмовий. Загальні технічні умови. – Введ. 2006-07-01. – К.: Держпотребстандарт, 2006. – 20 с.
9. ДСТУ 4438:2005 Олеїн пальмовий. Загальні технічні умови. – Введ. 2006-07-01 – К.: Держспоживстандарт 2006. – 18 с.
10. Павлова, И.В. Теоретические и экспериментальные основы развития технологии производства заменителя масла какао: автореф. дис. на соискание наук. степени д-ра техн. наук: спец. 05.18.06 / И.В. Павлова; [ГНУ ВНИИЖ Россельхозакадемии].– СПб, 2000. – 55 c.


Стаття опублікована у Східноєвропейському журналі передових технологій ISSN 1729-3774 в 2013 році.