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.