автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.06, диссертация на тему:Совершенствование технологии гидратации соевых масел с получением лецитинов

На правах рукописи

ДУБРОВСКАЯ Ирина Александровна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ГИДРАТАЦИИ СОЕВЫХ МАСЕЛ С ПОЛУЧЕНИЕМ ЛЕЦИТИНОВ

Специальность: 05.18.06 - Технология жиров, эфирных масел и

парфюмерно-косметических продуктов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДЕК 2013

Краснодар - 2013

005542248

005542248

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Герасименко Евгений Олегович

Официальные оппоненты: Красилышков Валерий Николаевич,

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технологии и организации питания ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный торгово-экономический университет»

Прудников Сергей Михайлович,

доктор технических наук, профессор, заведующий отделом физических методов исследования ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур Россельхозакадемии им. B.C. Пустовойта

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

университет инженерных технологий».

Защита состоится 24 декабря в 10°° часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.03 при Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд.Г-248

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»

Автореферат разослан 22 ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических, наук, доцент ^ЛСММ^г М.В. Филенкова

1 Общая характеристика работы

1.1 Актуальность темы. Доктрина продовольственной безопасности РФ на период до 2020 года предусматривает развитие фундаментальных и прикладных научных исследований, а также внедрение инновационных технологий комплексной глубокой переработки продовольственного сырья функционального и специализированного назначения.

В масложировой отрасли указанный подход наиболее полно реализован при переработке семян сои, являющейся исходным сырьем для получения растительного масла, белка и лецитина.

Следует отметить, что соевые белки и лецитины превалируют среди других аналогов растительного происхождения. Несмотря на это, многие производители отказываются от использования соевых белков и лецитинов в производстве продуктов функционального и специализированного назначения, так как около 80% сои является генпомодифицированной.

В настоящее время Россия остается одной из немногих стран, культивирующих сорта сои не подергавшихся генетической модификации. Однако, большинство технологий, используемых отечественными производителями, не соответствует критериям глубокой переработки, что, прежде всего, касается низкой эффективности технологий рафинации соевых масел, не обеспечивающих получения конкурентоспособных лецитинов.

В качестве пищевой добавки лецитины широко используются в производстве различных пищевых продуктах. Вместе с тем развитие современных пищевых технологий обусловливает возрастание потребности в лецитинах, обладающих направленными технологически-функциональными свойствами. Решение задачи путем получения фракционированных лецитинов предполагает организацию отдельного производства, требующего использования дорогостоящих оборудования и расходных материалов, в том числе пожаро- и взрывоопасных растворителей.

Таким образом, совершенствование технологии гидратации соевых масел с получением конкурентоспособных лецитинов, обладающих направленными технологически-функциональными свойствами, является актуальным.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР «Разработка комплексных экологически безопасных ресурсосберегающих технологий переработки растительного и животного сырья с приме/гением физико-химических и биотехнологических методов с целью получения БАД, парфюмерно-косметических средств и продуктов питания функционального и

специализированного назначения» па 2011-2015 годы (шифр работы 1.2.11-15, № госрегистрации 01201152075).

1.2 Цель работы: совершенствование технологии гидратации соевых масел с получением лецитинов.

1.3 Основные задачи исследования:

- анализ научно-технической литературы и патентной информации по теме исследований;

- выбор и обоснование объектов исследования;

исследование особенностей химического и группового состава фосфолипидного комплекса масел, полученных из семян сои современных сортов;

- теоретическое и экспериментальное обоснование способа г идратации соевых масел с получением фракционированных лецитинов обладающих технологически-функциональными свойствами;

- теоретическое и экспериментальное обоснование способа получения гидратируемых фосфолипидов с повышенным содержанием фосфатидилхолинов;

- разработка методов оценки эффективности образования комплексных соединений фосфолипидов с металлами;

- теоретическое и экспериментальное обоснование способа выведения из масла комплексных соединений фосфолипидов с металлами;

- разработка структурной и технологической схемы гидратации масел с получением фракционированных лецитинов;

- изучение показателей качества и безопасности полученных продуктов;

- оценка экономической эффективности разработанной технологии.

1.4 Научная новизна работы. Установлено, что нерафинированные масла, полученные из семян сои современных сортов, являются перспективным сырьем для получения конкурентоспособных лецитинов, обладающих направленным эмульгирующим действием.

Впервые выявлена зависимость критической концентрации воды в системе «триацилглицерииы (ТАГ) - фосфолипиды - вода» от массовой доли фосфолипидов в системе и температуры.

Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что при добавлении растворов хлоридов Са и Мд к нерафинированному соевому маслу происходит образование устойчивых комплексных соединений фосфолипидов с металлами, что приводит к снижению их гидратируемости, при этом фосфатидилхолипы не участвуют в реакциях комплексообразования.

Показано, что при образовании комплексов фосфолипидов с металлами происходит смещение динамического равновесия в сторону снижения порядка

ассоциатов фосфолигшдов, при увеличении их количества, что обуславливает увеличение электропроводности системы.

Выявлено, что при введении воды в нерафинированное соевое масло, предварительно обработанное растворами хлоридов Са и Mg, происходит преимущественная гидратация фосфатидилхолшюв, при этом их удельной содержание в гидратируемой фракции достигает 50%.

Показано, что введение концентрированного раствора лимонной кислоты в гидратированнос соевое масло, предварительно обработанное растворами хлоридов Са и Mg, приводит к разрушению ранее образованных комплексов фосфолипидов с металлами и увеличению их гидратируемости.

1.5 Практическая значимость. На основе выполненных исследований разработана технология гидратации соевого масла с получением фракционированных лецитинов, обладающих направленными технологически-функциональными свойствами. Разработаны ТУ и ТИ на производство фракционированных лецитинов ФХ-50 и ФЭД-30 и на производство гидратированного масла.

1.6 Реализация результатов исследования. Разработанная технология получения фракционированных лецитинов принята к внедрению на ООО «Центр Соя» в III квартале 2014 года.

Экономический эффект от внедрения разработанной технологии составит более 24 млн при переработке 82500 тонн соевого масла в год.

1.7 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на: Международной научно - практической конференции «Комплексное использование биоресурсов: малоотходные технологии», КНИИХП РАСХН, г. Краснодар, март 201 Ог; Международной научно-практической конференции «Инновационные пути п разработке рссурсо-сберсгагощих технологий производства и переработки сельскохозяйственной продукции», ГНУ НИИММП РАСХН г. Волгоград июнь 2010 г; Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Кадровое обеспечение развития инновационной деятельности в России», Москва, Ершово, октябрь 2010г; IV Всероссийской научно-практической конференции ученых и аспирантов вузов «Региональный рынок потребительских товаров: особенности и перспективы развития, формирование конкуренции, качество и безопасность товаров и услуг», Тюмень, 2011 г; Международной научно-практической конференции «Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья», КНИИХП РАСХН, г. Краснодар, июнь 2011 г; XI международной конференции «Масложировая индустрия-2011», г.Санкт-

Петербург, октябрь 2011г; Международной научно-практической конференции «Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья», КНИИХП РАСХН, г. Краснодар, май 2012г; VI Международной конференции «Перспективы развития масложировой отрасли: технологии и рынок», Украина, АР Крым, г.Алушта, май 2013.

1.8 Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 9 материалов и тезисов докладов, получен I патент на изобретение.

1.9 Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, методической части, экспериментальной части, выводов, списка литературы и приложений. Основная часть работы выполнена на 123 страницах машинописного текста, включает 30 таблиц и 23 рисунка. Список литературы включает 84 наименования, из них 12 на иностранных языках.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Методы исследования. При проведении экспериментальных исследований использовали методы, рекомендуемые ВНИИЖ, а также современные методы физико-химического анализа, позволяющие получить наиболее полную характеристику изучаемых фосфолипидов и масел: методы спектрального анализа (ИК, УФ), хроматографии (ТСХ, ГЖХ).

Гидрагируемые и негидратируемые фосфолиниды выделяли из масел диализом.

Физико-химические показатели жидких лецитинов определяли по ГОСТ Р 53970-2010 «Добавки пищевые. Лецитины Е322. Общие технические условия».

Содержание токсичных элементов определяли инверсионно-вольтамперометрическим методом. Размер ассоциатов фосфолипидов исследовали при помощи анализатора частиц Malvern Zetasizer Nano-S. Электропроводность определяли на модифицированном приборе АМДФ-1А.

Оценку статистической достоверности результатов проводили по известным методикам с использованием пакетов прикладных программ «Статистика», «Math Cad» и «Excel».

Структурная схема исследования приведена на рисунке 1.

2.2 Характеристика объектов исследования. В качестве объектов исследования были выбраны масла, полученные из производственной смеси семян сой современных сортов отечественной селекции «Вилана», «Лира», «Альба», культивируемых на территории Краснодарского края.

В таблице 1 представлены физико-химические показатели нерафинированных соевых масел.

Рисунок 1 - Структурная схема исследования

Показано, что исследуемые образцы нерафинированных соевых масел соответствуют требованиям ГОСТ Р 53510-2009 к физико-химическим показателям нерафинированных масел I сорта и содержат достаточно большое количество негидратируемых фосфолипидов.

Таблица I - Физико-химические показатели нерафинированных соевых масел

Наименование показателя Значение показателя Требования ГОСТ Р 53510-2009 к маслу нерафинированному

первого сорта

Кислотное число, мг КОН/г 2,24-3,12 Не более 6,0

Массовая доля, %:

нежировых примесей 0,08-0,10 Не более 0,20

фосфолипидов в пересчете 1,98-2,28 Не более 4,0

па стеароолеолецитин,%

в том числе негидра-

тируемых 0,35-0,42 Не нормируется

влаги и летучих веществ.

% 0,08-0,11 Не более 0,30

Перекиспое число, ммоль

акшвного кислорода на кг 4,90-5,23 Не более 10,0

2.3 Исследование состава (Ьосфолнпндного комплекса. Одной из основных характеристик, определяющих технологически функциональные свойства лецитинов, в том числе вид стабилизируемых водно-жировых эмульсий (прямые или обратные), является соотношение

фосфатидилхолииы/фосфатидилэтаноламины (ФХ/ФЭА).

Усредненный групповой состав фосфолипидного комплекса соевого масла современных сортов отечественной селекции представлен в таблице 2.

Таблица 2 - Групповой состав фосфолипидного комплекса соевого масла

Наименование группы фосфолипидов Массовая доля, % к общему содержанию фосфолипидов

Фосфатидилходины 30

Фосфатидилэтаноламины 26

Фосфагидилииозитолы 2

Фосфатидилсерины 2

Фосфатидшшшцерины 17

Фосфатидпые и полифосфатидныс

кислоты 23

Показано, в фосфолииидном комплексе соевого масла соотношение ФХ/ФЭА составляет 1,15:1, что свидетельствует об отсутствии выраженных направленных технологически функциональных свойств.

Эффективным решением изменения группового состава фосфолипидпого комплекса без использования химической модификации является фракционирование с использованием селективных растворителей. Предлагаемый нами инновационный подход к технологии получения фракционированных лецитинов, обогащенных определенной технологически функциональной группой фосфолипидов (ФХ или ФЭД), состоит в их селективном выведении на стадии гидратации.

В целях обоснования указанного подхода изучали особенности группового и химического состава гидратируемых и негидратирусмых фракций фосфолипидпого комплекса соевых масел отечественной селекции. Результаты представлены в таблицах 3 и 4.

Таблица 3 - Групповой состав гидратируемых и негидратируемых фосфолипидов

Наименование группы фосфолипидов Массовая доля, % к общему содержанию фосфолипидов

гидратируемые иегидратируемые

Фосфатидилхол ш 1ы 32 отсутствие

Фосфатидилэтаноламины 21 16

Фосфатидилинозитолы 7 2

Фосфатидилсерины 12 7

Фосфатидилглицерины 14 5

Фосфатидпые и

полифосфатидные кислоты 14 68

Таблица 4 - Химический состав фосфолипидпого комплекса

Наименование показателя Значение показателя

гидратируемые фосфолипиды иегидратируемые фосфолипиды

Массовая доля металлов, %,

в том числе:

Г 0,523 0,996

Ыа+ Мц'2 0,026 0,38

0,076 0,234

Са+2 Си+2 0,127 0,833

0,0009 0,029

Ре (общее) 0,015 0,490

Сумма металлов 0,768 2,962

Массовая доля неомыляемых

липидов, % 2,31 15,03

Показано, что за исключением ФХ, присутствующих только в гидратируемой фракции, обе фракции включают аналогичные группы фосфолипидов. При этом негидратируемая фракция характеризуется существенно большим содержанием ионов поливалентных металлов и неомыляемых липидов, с

которыми, как известно, фосфолиниды образуют стабильные комплексные соединения.

Фосфатидилхолины в силу химического состава и строения не образуют комплексы с металлами и, как наиболее полярные группы они преимущественно участвуют в образовании комплексных мицелл с водой при гидратации масел.

Учитывая изложенное, предположили, что связав входящие в состав фосфолипидного комплекса гидрагируемые группы фосфатидилинозитолов, фосфатидилсершюв, фефатидилглицеринов и фосфатидных кислот в комплексные соединения с металлами, и тем самым переведя их в состав негидрат ируемой фракции можно существенно повысить содержание ФХ в гидратируемой фракции.

Учитывая это, изучали процесс комплексообразования с целыо обоснования выбора эффективного комплексообразующсго реагента.

2.4 Исследование процесса комплексообраювапня. Известно, что более устойчивые комплексы фосфолипиды образуют с такими металлами как Са, Си и Ре. При этом отмечается избирательное сродство индивидуальных групп фосфолипидов к отдельным металлам. Учитывая, что ионы железа и меди интенсифицируют окислительные процессы, их использование для создания комплексных соединений является нецелесообразным.

Таким образом, для связывания вышеперечисленных групп фосфолипидов в комплексные соединения были выбраны ионы металлов Са+2 и М§+2 в виде их водорастворимых солей.

Для проведения реакции комплексообразования в качестве реагента целесообразно использовать соли Са и Мд, образованные сильной кислотой, способные полностью диссоциировать в растворе. Учитывая, что реагенты по завершении технологического процесса будут частично оставаться в фосфолипидном продукте - лецитине, оценивали допустимость их использования в пищевых продуктах. В связи с этим в дальнейших исследованиях использовали хлориды Са и традиционно используемые в качестве пищевых добавок.

На следующем этапе определяли эффективную концентрацию и количество выбранного комплсксообразующего реагента, т.е. растворов хлоридов Са и Р^, а также режимы их ввода в масло.

Условием эффективного протекания реакции комплексообразования в системе «ТАГ-фосфолипиды-вода» является обеспечение ее гомогенности, которое может быть нарушено при избыточном введении водного раствора реагента. Учитывая это, определяли содержание воды в системе «ТАГ-фосфолипиды-вода», не нарушающее ее фазовую стабильность. В качестве факторов варьирования были выбраны массовая доля фосфолипидов в системе и температура процесса.

Зависимость критической концентрации воды в системе от указанных факторов представлена на рисунке 2.

Температура процесса, "С

Рисунок 2 - Влияние массовой доли фосфолипидов в масле и температуры на критическую концентрацию воды в системе «ТАГ-фосфолипиды-вода» 1 - Массовая доля фосфолипидов 2,5% 2- Массовая доля фосфолипидов 2,0%

3 - Массовая доля фосфолипидов 1,5%

4 - Массовая доля фосфолипидов 1,0%

Математическая обработка полученных данных позволила получить уравнение, позволяющее рассчитать критическую концентрацию воды в системе:

-0.08 - 0.13-ф + 0.01 Л + 0.02 ф2 + 0.005 фч (1)

где V/ - критическая концентрация воды, %

ф - массовая доля фосфолипидов в масле, %; I- температура, "С

На следующем этапе исследований определяли теоретическое количество металлов, которое необходимо ввести в нерафинированное масло для образования комплексов с гидрагируемыми фосфолинидами. Расчет осуществляли по формуле:

где Хмс - количество металла необходимое для образования комплексных соединений с индивидуальной группой фосфолипидов, % к массе масла;

Мм„ - молекулярная масса металла;

Мф„-средняя молекулярная масса индивидуальной группы фосфолипидов; - массовая доля гидратируемых групп фосфолипидов в масле, %;

К - количество молекул фосфолипида, входящих в состав комплексного соединения.

Учитывая, что комплексные соединения индивидуальных групп фосфолипидов как с Са гак и с имеют примерно одинаковую устойчивость при проведении расчетов по формуле 2 принимали, что индивидуальные группы фосфолипидов будут взаимодействовать с Са и с равной вероятностью.

Результаты расчетов представлены в таблице 5. Таблица 5 - Количество металлов, необходимых для образования комплексных соединений с индивидуальной группой фосфолипидов

Наименование группы фосфолипидов

Количество металлов, % к массе масла

М8™

(М=23)

Са (М=40)

Фосфатидил шюз итол ы Фосфа шдилсерины Фосфатидилглицерины Фосфатидиыс и полифосфатидиые кислоты

2-Мс

0,0007 0,0001 0,0052

0,0078 0,0138

0,001 0,0002 0,009

0,013 0,0232

Ввод металлов в масло осуществляли в виде их водных растворов солей (хлоридов), при этом расчет необходимого количества солей (Хс) осуществляли по формуле:

Хс=

мМе

(3)

где

Хм.-количество металла, необходимое для образования комплексов с шдратирусмыми фосфолипидами;

Меди - молекулярная масса соли;

ММе - молекулярная масса металла.

Установлено, что теоретически необходимое количество хлоридов Са и М§ для образования комплексов фосфолипидов с металлами составляет 0,01 и 0,03% к массе масла соответственно.

Для экспресс оценки эффективности образования комплексов фосфолипидов с металлами предложена методика, основанная на определении электропроводности системы. В основу данной методики положено представление о том, что образование комплексов фосфолипидов с металлами приводит к снижению полярности молекул фосфолипидов, и, как следствие, к уменьшению порядка ассоциатов фосфолипидных коплсксов с увеличением их количества.

Электропроводность в системе «триацилглицерины-фосфолипиды» имеет электрофорез ичсский характер, т.е. определяется количеством ассоциатов фосфолипидов, являющимися основными переносчиками зарядов в подобных

системах. Таким образом, значение электропроводности можно использовать в качестве показателя эффективности комплексообразования в системе «ТАГ-фосфолиииды».

Для проведения реакции комплексообразования нерафинированное сосвое масло обрабатывали комплексообразугощим реагентом в количестве, рассчитанном по формуле (3). Обработку осуществляли в течение 240 минут па лабораторной установке при перемешивании, при этом температуру процесса варьировали от 60°С до 90"С. Зависимость изменения удельной электропроводности системы «соевое масло-раствор реагента» от продолжительности реакции комплексообразования представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Влияние продолжительности реакции комплексообразования на изменение удельной электропроводности системы

0,3 0,2 0,1

О Г |

О 30 60 90 120 150 180 210 240 Продолжительность реакции комплексообратовашгя, мин

Показано, что процесс комплексообразования сопровождается возрастанием и последующей стабилизацией электропроводности системы. Максимальное изменение электропроводности соответствующее наиболее эффективному протеканию реакции комплексообразования достигается при осуществлении процесса при 90"С в течение 90-100 минут.

Учитывая, что негидратируемые группы фосфолипидов в отличие от гидратируемых представляют собой индивидуальные молекули и димеры, проводили анализ размера ассоциатов фосфолипидов в исходном масле и после обработки солями металлов (рисунок 4).

Показано, что после обработки хлоридами Са и Mg средний размер ассоциатов фосфолипидов уменьшился с 2-3 им, что соответствует размерам

мицеллярных агрегатов, до 0,5-1,3 мм, соответствующих индивидуальным молекулам или димерам, характерным для негидратируемых фосфолипидов.

Методом ИК - спектроскопии (рисунок 5) установлено, что характерная для исходного масла интенсивность поглощения, обусловленная группой Р-ОН, уменьшается после обработки масла хлоридами Са и При этом в масле,

х i—

а <1

о н а я Я"

о

а к Ч о CI

t......I' 1 t НИ

I 10 100

Размер ассоциагов, х, нм

Рисунок 4 - Размер ассоциатов фосфолипидов до обработки солями металлов (2)и после обработки (1)

обработанном хлоридами Са и Mg, увеличивается интенсивность поглощения в областях спектра, соответствующих (Р-0> ионам и карбоксил ионам (СОО~), связанным с катионами металлов, что свидетельствует об образовании устойчивых комплексов фосфолипидов с металлами и подтверждает ранее сформулированное предположение.

Рисунок 5 - ИК спектры 1 - соевого масла; 2-сосвого масла,

обработанного солями металлов

Выявление оптимального количества комплексообразующего реагента, обеспечивающего максимальную степень комплексообразования индивидуальных групп фосфолипидов, оценивали по степени снижения их гидратируемости.

При проведении эксперимента осуществляли предварительную обработку соевого масла раствором смеси СаС12 и М^С12, взятых в различном соотношении друг с другом при ранее выявленных режимах. Диапазон варьирования количества реагента составлял от 20%-ного недостатка до 20%-ного избытка от теоретически рассчитанного по уравнению (3). После завершения процесса комплексообразования проводили водную гидратацию при традиционных режимах: температура 65"С, количество воды - 2Ф (где Ф - массовая доля фосфолипидов в масле), время экспозиции - 40 мин. Затем систему разделяли центрифугированием и оценивали гидратируемость фосфолипидов. Результаты представлены на рисунке 6.

70

3

с

Рисунок 6 - Зависимость гидратируемости от количества хлорида магния и хлорида кальция, вводимых в масла

1 - 0,008% хлорида кальция;

2 - 0009% хлорида кальция;

3 - 0,01 % хлорида кальция; 4-0,011% хлорида кальция; 5 - 0,012% хлорида кальция.

0,024 0,027 0,003 0,033 0,036 Количество хлорида магния, % к массе масла

В результате математической обработки данных получено уравнение, адекватно описывающее процесс:

g = 84,74-15 37,87т-1624,97к+13165,17т2+24721,27тк-162940к2 (4)

где § - гидратируемость, %;

т - количество хлорида магния, % к массе масла; к - количество хлорида кальция, % к массе масла.

Обработка данных в среде МаШСас1 позволила установить, что минимальное значение гидратируемости равное 55%, будет наблюдаться при добавлении 0,030%

хлорида магния и 0,01]% хлорида кальция. На следующем этапе определяли режимы водной гидратации.

2.5 Определение режимов водной гидратации. Как известно, на эффективность гидратации влияет продолжительность процесса, температура и количество гидратирующего агента.

Для осуществления гидратации выбрали рекомендуемое количество гидратирующего агента, равное 2Ф' (где Ф' - содержание гидратируемых фосфолипидов в масле), с учетом воды, необходимой для растворения солей. В качестве функций отклика оценивали выход фосфолипидов и удельное содержание фосфатидилхолинов в групповом составе выводимых при гидратации фосфолипидов.

В результате математической обработки данных получены уравнения, адекватно описывающие процесс:

V, = -24,21+2,28т+] ,3ю,05т2+0,003т 1-0,009412 (5)

= -14,87+2,14т+1,011-0,02т2-0,008т 1-0,03(2 (6)

г де - выход фосфолипидов, %;

у2-удельное содержание фосфатидилхолинов в групповом составе

фосфолипидов, %; т - продолжительность процесса, мин; I - температура процесса, °С.

Графическая интерпретация результатов эксперимента после математической обработки представлена па рисунках 7 и 8.

Рисунок 7 - Зависимость

Обработка данных в среде МаЛСас! позволила установить, что максимальное удельное значение содержания фосфатидилхолинов, равное 56,0%, будет наблюдаться при проведении гидратации в течение !0 мин при температуре 60"С. При этом выход фосфолипидов, рассчитанный по уравнению 5, составит 45%.

Рисунок 8 - Зависимость удельного содержания фосфатидилхолинов в групповом составе фосфолипидов от продолжительности и температуры процесса

А ЧМИГ ч Ч ^

Групповой состав фосфолипидов фракционированного жидкого лецитина с высоким содержанием фосфатидилхолинов (ФХ-50) представлен в таблице 6. Таблица 6 - Групповой состав фосфолипидов фракционированного жидкого лецитина (ФХ-50)

Наименование группы фосфолипидов Массовая доля, % к общему содержанию фосфолипидов

Фосфатидилхолины 56

Фосфата дилэта н оламин ы 18

Фосфатидилинозитолы 0,6

Фосфатидилсерины 0,4

Фосфатидилглицерииы 13

Фосфатидные и полифосфатидные

кислоты 12

Показано, что после проведения селективного выведения фосфолипидов на стадии гидратации соотношение ФХ/ФЭА в полученном лецитине стало равным 2,8:1, что позволяет позиционировать полученный фракционированный продукт как эмульгатор прямого типа.

Остаточное содержание фосфолипидов в масле, представляющих собой негидратируемые формы в виде комплексных соединений с металлами, после водной гидратации составляло 1,2%. На следующем 'папе разрабатывали режимы их выведения из масел.

2.6 Разработка режимов вывсдсиия из масла комплексных соединений фосфолипидов с металлами. Для выведения из масла фосфолипидов, оставшихся после водной гидратации, необходимо разрушить их комплексы с металлами, образованные в результате обработки соевого масла комплексообразующим реагентом. Известны способы обработки массл различными реагентами, в составе молекул которых имеется лиганд, способный образовывать более устойчивые комплексы с ионами металлов, входящими в состав фосфолипидов. При выборе реагента необходимо учитывать допустимость его содержания в пищевых продуктах, так как некоторая его часть и образованные им комплексы с металлами останутся в готовом продукте - лецитине.

Для оценки эффективности использования различных реагентов для разрушения комплексных соединений фосфолипидов с металлами проводили обработку частично гидра тированного масла, полученного после 1 стадии гидратации, концентрированными (50%-ными) растворами лимонной кислоты, лимоннокислого натрия и смеси лимонной и янтарной кислот, взятых в соотношении 7:1 при рекомендуемой температуре 65 "С.

Расчет количества реагентов осуществляли по формуле 7 с учетом остаточного содержания металлов в масле после водной гидратации ХМс „с, , указанного в таблице 7.

Таблица 7 - Остаточное содержание металлов в масле после водной гидратации

Наименование металла Количество металла, % к массе масла

0,004

мВ2+ 0,007

Си2' 0,0007

Ре (общее) 0,01

Сумма 0,022

мр-

Хп =2Е

Мне

Х„

Ме ост

(7)

где Хр - количество растора реагента, % к массе масла; Мг- молекулярная масса реагента, г/моль; Мм, - молекулярная масса металла, г/моль;

Хмсост- остаточное содержание металла в частично гидратированном масле, % к массе масла;

2 - коэффициент, учитывающий концентрацию раствора реагента

Анализ эффективности использования различных реагентов для разрушения комплексов фосфолипидов с металлами осуществляли по ранее предложенной методике оценки электропроводности системы.

Показано (рисунок 9), что максимальное снижение электропроводности масла, соответствующее максимальному разрушению комплексов фосфолипидов с металлами, наблюдается при его обработке концентрированным (50%-пым) раствором лимонной кислоты в течение 60 минут. При этом рассчитанное по формуле 7 количество раствора лимонной кислоты составило 0,11% к массе масла.

я и

2 О

а с

0

1

Рисунок 9 - Влияние времени экспозиции на удельную электропроводность масла при обработке насыщенными растворами:

I - лимонной кислоты;

2- лимоннокислого натрия;

3-смеси лимонной и янтарной

О

10

50

60

20 30 40 Время экспозиции, мин На следующем этапе определяли режимы кислотной гидратации.

2.7 Определение режимов кислотной гидратации. Для определения режимов кислотной гидратации к частично гидратированному маслу, обработанному раствором лимонной кислоты, добавляли воду в количестве 1,5-1,7Ф и подвергали экс позиции в течение 50 минут при определенных ранее режимах. При этом температуру экспозиции варьировали в диапазоне 50-70°С. После экспозиции систему разделяли центрифугированием. Зависимость массовой доли фосфолипидов в гидратированном масле от продолжительности экспозиции и температуры процесса приведена на рисунке 10.

Показано, что проведение процесса при температуре 55-60°С в течение 3040 мин позволяет снизить содержание фосфолипидов в гидратированном масле до 0,08%.

Групповой состав фосфолипидов фракционированного жидкого лецитина, полученного после кислотной гидратации (ФЭА-30), представлен в таблице 7.

Рисунок 10 - Зависимость массовой доли фосфолипидов в гидратированном масле от продолжительности и температуры экспозиции (I):

1 - 1=50°С;

2 - 1=55°С;

3 -1=60°С;

4 - 1=70°С.

Продолжительность экспозиции, мин Таблица 7 - Групповой состав фосфолипидов фракционированного жидкого лецитина (ФЭА-30)

Наименование группы фосфолипидов Массовая доля, % к общему содержанию фосфолипидов

Фосфатидилхолипы 9

Фосфатидилэтаноламины 34

Фосфагидилинозитолы 3

Фосфатидилссрины 3

Фосфатидилглицерины 19

Фосфатидные и полифосфатидные

кислоты 32

Показано, что соотношение ФХ/ФЭА в полученном фракционированном лецитине составляет 1:4,3, что позволяет позиционировать его как эмульгатор эмульсий обратного типа.

2.8 Разработка технологии гидратации соевого масла с получением фракцноннроваиных лецитииов. На основе проведенных исследований была разработана технология гидратации с получением фракционированных лецитинов. Структурная схема представлена па рисунке 11, технологические режимы приведены в таблице 8.

Масло

Рисунок И ' - Структурная схема гидратации с получением фракционированных лецитинов

Таблица 8 - Технологические режимы гидратации соевого масла с получением фракционированных лецитинов

Наименование стадии процесса

Величина показателя

Комплексообразование: температура, °С

количество хлорида кальция, % к массе масла количество хлорида магния, % к массе масла продолжительность экспозиции, мин Водная гидратация:

температура, °С

количество воды, % к массе масла продолжительность экспозиции, мин Кислотная гидратация: температура, °С

количество лимонной кислоты, % к массе масла продолжительность экспозиции с лимонной кислотой, мин количество воды, % к массе масла продолжительность экспозиции, мин _температура, "С__

85-90 0,011 0,03 90-100

60-65 1,8-2,4 10

65 0,09-0,11 40-45 1,5-1,7 30-40 55-60

2.9 Оценка физико-химически» показателен полученных продуктов.

В результате реализации разработанной технологии в условиях ЦКП «Исследовательский центр пищевых и химических технологий» КубГГУ была выработана опытная партия гидрагированного соевого масла и полученных после водной и кислотной гидратаций фракционированных лецитинов. Результаты оценки показателей качества полученных продуктов представлены в таблице 9 и 10.

Таблица 9 - Показатели качества гидратировапного соевого масла

Наименование показателя Значение показателя Требования ГОСТ Р 53510-2009 к маслу гидратироваииому

Кислотное число, мг КОН/г 2,1 Не более 4,0

Массовая доля нежировых

примесей, % Отсутствие Отсутствие

Массовая доля фосфора в

пересчете на стеароолеолецитин, % 0,08 Не более 0,5

Массовая доля влаги и летучих

веществ, % 0,1 Не более 0,20

Перекиспое число, ммоль

активного кислорода на кг 2,8 Не более 10,0

Таблица Ю - Показатели качества полученных фракционированных леци тинов

Наименование показателя Значение показателя Требования ГОСТ Р 53970-2010 к лецитину фракционированному

фракционированный лецитин

ФХ-50 ФЭЛ-30

Массовая доля, %:

веществ, нерастворимых в

толуоле 0,15 0,05 Не более 0,30

всщссгв, нерастворимых в

ацетоне, 61,8 60,9 Не менее 60,0

в том числе:

фосфатидилхолипов 56 9 Не нормируется

фосфатидилэтаноламинов 18 34 Не нормируется

влаги и летучих веществ 0,6 0,8 Не более 1,0

Кислотное число, мгКОН/г 15,5 31,3 Не более 36,0

Псрекисное число, ммоль

активного кислорода/кг 3,4 3,9 Не более 10,0

Цветное число 10%-ного

раствора в толуоле, мг йода 50,6 49,1 Не нормируется

Вязкость при 25"С, Па с, 11,2 9,8 Не нормируется

Показано (таблица 9), что по показателям качества полученное гидратировапное соевое масло соответствует требованиям ГОСТ Р 53510-2009.

Усганвлено, что по содержанию токсичных элементов, пестицидов, микотоксинов, радионуклидов полученное гидратировапное масло соответствует требованиям Технического регламента Таможенного союза ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции».

Показано (таблица 10), что по показателям качества полученные фракционированные лецитины соответствуют требованиям ГОСТ Р 53970-2010.

По остаточному содержанию тяжелых металлов, пестицидов, радионуклидов, полученные лецитины соответствуют установленным требованиям безопасности Технического регламента Таможенного союза ТР ГС 029/2012 «Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технолог ических вспомогательных средств».

ВЫВОДЫ

На основании проведенных исследований разработана усовершенствованная технология гидратации соевых масел с получением лецитинов.

1. Показано, что нерафинированные масла, полученные из семян сои современных сортов, характеризуются высоким содержанием фосфатидилхолинов и фосфатидилэтаноламинов, что позволяет использовать их в качестве сырья для производства фракционированных лецитинов, обладающих направленными эмульгирующими свойствами.

2. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено методом ИК-спектроскоиии, что добавление водных растворов хлоридов Са и к нерафинированному соевому маслу приводит к образованию устойчивых комплексов фосфолипидов с металлами, что обуславливает снижение их гидратируемости на 30-35%, при этом фосфатидилхолипы не участвуют в реакциях комнлексообразования.

3. Установлена зависимость критической концентрации воды в системе «ТАГ-фосфолипиды-вода», при превышении которой нарушается ее гомогенность, от массовой доли фосфолипидов в системе и температуры.

4. Экспериментально установлено, что при образовании комплексов фосфолипидов с металлами происходит смещение динамического равновесия в сторону снижения порядка ассоциатов фосфолипидов, что приводит к уменьшению их размера с 2-3 им до 0,5-1,3 им.

5. Для экспресс оценки эффективности образования комплексов фосфолипидов с металлами предложена методика, основанная на определении электропроводности системы.

6. Выявлено, что при введении воды в нерафинированное соевое масло, обработанное растворами СаС12 и 1\^С12, происходит преимущественная гидратация фосфатидилхолинов, при этом их массовая доля в групповом составе фосфолипидов достигает 50%.

7. Показано, что обработка частично гидратированного соевого масла, предварительно обработанного растворами хлоридов Са и 50%-ным раствором лимонной кислоты приводит к разрушению ранее образованных комплексов фосфолипидов с металлами и к увеличению гидратируемости фосфолипидов.

8. Разработана усовершенствованная технология получения фракционированных лецитинов с направленными технологически-функциональными свойствами (ФХ-50 и ФЭА-30) которая включает следующие этапы: смешивание масла с растворами хлоридов кальция и магния с целью образование устойчивых комплексов фосфолипидов с металлами; водную гидратацию с получением фракционированного лецитина ФХ-50 и кислотную гидратацию с получением гидратированного масла и фракционированного лецитина ФЭА-30.

9. Показано, что полученные по разработанной технологии фракционированные лецитины по показателям качества и безопасности соответствуют требованиям ГОСТ Р 53970-2010 и TP ТС 029/2012.

10. Экономический эффект от внедрения разработанной технологии составит более 24 млн при производстве 1300 тонн в год фракционированного лецитина с высоким содержанием фосфа гидилхолинов (ФХ-50) и 1500 тонн в год фракционированного лецитина с высоким содержанием фосфа гидилэтаноламинов (ФЭА-30).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Шабанова (Дубровская) И.Д. Анализ рынка и характеристика семян сои / Мхитарьянц Л.А., Войченко О.Н., Вергун Д.В., Шабанова (Дубровская) И.А. // Журнал Новые технологии, 2011.-№1, с.24-27.

2. Шабанова (Дубровская) И.А. Отечественные соевые лецигшш-высококачественное сырье для производства фосфолипидных БАД и продуктов функционального и специализированного назначения / Бутина Е.А., Герасименко Е.О., Войченко О.Н., Кузнецова В.В., Шабанова (Дубровская) И.А. // Журнал Новые технологии, 2011.-№2, с. 15-18.

3. Шабанова (Дубровская) И.А. Исследование идентификационных особенностей растительных лецитинов методом ядерно-магнитной релаксации / Агафонов О.С., Лисовая Е.В., Корнена ETI., Войченко О.Н., Шабанова (Дубровская) И.А. // Журнал Новые технологии, 2011.-№3, с. 11-14.

4. Шабанова (Дубровская) И.А., Пащенко В.Н., Бутина Е.А. Получение пищевых стандартизованных лецитинов из отечественного сырья // Масла и жиры, 2012.-№7, с. 16-17.

5. Патент 2436404 Российская Федерация, МПК A23D9/00 (2006.01). Способ получения масложирового фосфолипидного продукта [Текст] // Герасименко Е.О., Шабанова (Дубровская) И.А. и др.; заявитель и патентообладатель ООО НПП «Аверс» № 2010115851/13; заявл. 22.04.2010, опубл. 20.12.2011.

6. Шабанова (Дубровская) И.А., Пащенко В.Н., Герасименко Е.О. Разработка технологии получения лецитинов из отечественного сырья // Международная научно-практическая конференция «Комплексное использование биоресурсов: малоотходные технологии».-Краснодар, КНИИХП РАСХИ, 11-12 марта 2010 г.

7. Шабанова (Дубровская) И.А., Пащенко В.Н., Герасименко Е.О. Технология переработки некондиционных фосфолипидных концентратов с целью

получения лецитинов // Международная научно-практическая конференция «Инновационные пути в разработке и ресурсосберегающих технологий производства и переработки сельскохозяйственной продукции».-Волгоград, ГНУ НИИММП РЛСХН, 17-18 нюня 2010 г.

8. Шабанова (Дубровская) И.А., Пащенко В.Н., Войченко О.Н. Организация производства конкурентоспособного отечественного жидкого лецитина // Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Кадровое обеспечение развития инновационной деятельности в России», Ершово, 26-29 октября 2010 г.

9. Шабанова (Дубровская) И.Л., Войченко О.Н., Кузнецова В.В. Сравнительная оценка качества соевых лецитинов импортного и отечественного производства // IV всероссийская научно-практическая конференция ученых и аспирантов вузов «Региональный рынок потребительских товаров: особенности и перспективы развития, формирование конкуренции, качество и безопасность товаров и услуг», Тюмень, 2011г.

10. Шабанова (Дубровская) И.А., Войченко О.П., Кузнецова В.В., Тугуз М.Р. Изучение показателей качества растительных лецитинов, полученных из семян сои // Международная научно-практическая конференция «Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья», Краснодар, КНИИХП РЛСХН, 23-24 июня 2011 г.

11. Шабанова (Дубровская) И.А., Бутина Е.А., Пащенко В.Н. Получение пищевых стандартизированных лецитинов из отечественного сырья // XI международная конференция «Масложировая индустрия 2011», Санкт-Петербург, 26-27 октября, 2011 г.

12. Дубровская И.А. Создание жировых продуктов повышенной физиологической ценности / Бутина Е.А., Войченко О.Н., Воронцова О.С., Спильник Е.П., Дубровская И.А. // VII международная конференция «Масложировой комплекс России: новые аспекты развития», Москва, 28-30 мая 2012 г.

13. Дубровская И.А., Герасименко Е.О., Бутина Е.А. Инновационная технология гидратации соевых масел // VI международная конференция «Перспективы развития масложировой отрасли: технология и рынок», Алушта, 2930 мая 2013г.

14. Дубровская И.А. Разработка инновационной технологии гидратации соевых масел / Герасименко Е.О., Дубровская И.А., Бутина Е.А., Смычагин Е.О // XIII международная конференция «Масложировая иидустрия-2013г», Санкт-Петербург, 23-24 октября 2013г.

Подписано в печать 21.11.2013. Печать трафаретная. Формат 60x84 '/н>. Усл. печ. л. 1,35. Тираж 100 экз. Заказ № 1016. ООО «Издательский Дом-Юг» 350072, г. Краснодар, ул. Московская 2, корп. «В», оф. В-120 тел. 8-918-41-50-571 с-тай: olfomcnko@yandex.ru Сайт: http://id-yug.com

ФГБОУ ВПО

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

04201455677

ДУБРОВСКАЯ ИРИНА АЛЕКСАНДРОВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ГИДРАТАЦИИ СОЕВЫХ МАСЕЛ С ПОЛУЧЕНИЕМ ЛЕЦИТИНОВ

Специальность 05.18.06 - Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-

косметических продуктов

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

д. т. п., профессор Герасименко Е.О.

Краснодар - 2013

Содержание

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................4

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР.......................................................................................8

1.1 Характеристика и функциональные свойства фосфолипидов..........................8

1.2 Характеристика семян сои современных сортов.............................................18

1.3 Анализ современного рынка растительных лецитинов..................................24

1.4 Способы гидратации соевых масел...................................................................27

1.5 Способы получения модифицированных лецитинов, обладающих направленными технологически функциональными свойствами...............32

2 МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.......................................................................................36

2.1 Методы исследования показателей качества соевого масла..........................36

2.2 Методы исследования показателей качества лецитинов................................37

2.3 Методы исследования показателей безопасности...........................................39

соевого масла и лецитина...................................................................................39

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ..........................................................................42

3.1 Характеристика объектов исследования...........................................................42

3.2 Исследование состава фосфолипидного комплекса соевых масел, полученных из семян современной селекции................................................45

3.3 Исследование процесса комплексообразования..............................................49

3.3.1 Расчет необходимого количества металлов для образования комплексных соединений с гидратируемыми фосфолипидами.......54

3.3.2 Оценка эффективности образования комплексов фосфолипидов с

металлами...............................................................................................58

3.3.3 Экспериментальное определение количества комплексообразующих

реагентов................................................................................................66

4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ГИДРАТАЦИИ.................70

4.1 Разработка технологических режимов водной гидратации............................70

4.2 Разработка технологических режимов выведения из масла комплексных соединений фосфолипидов с металлами........................................................80

4.3 Определение технологических режимов кислотной гидратации...................83

5 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ

ФРАКЦИОНИРОВАННЫХ ЛЕЦИТИНОВ.....................................................89

6 ОЦЕНКА ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ ПОЛУЧЕННЫХ ПРОДУКТОВ ..92

6.1 Оценка органолептических, физико-химических показателей и показателей

безопасности гидратированпого соевого масла.............................................92

6.2 Оценка органолептических, физико-химических показателей и показателей

безопасности полученных фракционированных лецитинов........................94

6.3 Исследование технологически функциональных свойств полученных лецитинов...........................................................................................................97

7 ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТАННОЙ

ТЕХНОЛОГИИ..................................................................................................100

7.1 Расчет основных технико-экономических показателей..............................101

производства продукции.........................................................................................101

7.2 Расчет среднегодовой экономической эффективности от реализации разработанной технологии.............................................................................102

ВЫВОДЫ.....................................................................................................................106

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ.......................................................108

ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................................117

ВВЕДЕНИЕ

Доктрина продовольственной безопасности РФ на период до 2020 года предусматривает развитие фундаментальных и прикладных научных исследований, а также внедрение инновационных технологий комплексной глубокой переработки продовольственного сырья с получением пищевых продуктов общего, специализированного и функционального назначения.

В масложировой отрасли указанный подход наиболее полно реализован при переработке семян сои, являющейся исходным сырьем для получения растительного масла, белка и лецитина.

Следует отметить, что соевые белки и лецитины превалируют среди других аналогов растительного происхождения. Несмотря на это, многие производители отказываются от использования соевых белков и лецитинов в производстве продуктов функционального и специализированного назначения, так как около 80% сои является генномодифицированной.

В настоящее время Россия остается одной из немногих стран, культивирующих сорта сои, не подергавшиеся генетической модификации. Однако, большинство технологий, используемых отечественными производителями, не соответствует критериям глубокой переработки, что, прежде всего, касается низкой эффективности технологий гидратации соевых масел, не обеспечивающих получения конкурентоспособных лецитинов.

В качестве пищевой добавки лецитины широко используются в производстве различных пищевых продуктов. Вместе с тем, развитие современных пищевых технологий обусловливает возрастание потребности в лецитинах, обладающих направленными технологически функциональными свойствами. Решение задачи путем получения фракционированных лецитинов предполагает организацию отдельного производства, требующего использования

дорогостоящих оборудования и расходных материалов, в том числе пожаро- и взрывоопасных растворителей.

Таким образом, совершенствование технологии гидратации соевых масел с получением конкурентоспособных лецитинов, обладающих направленными технологически функциональными свойствами, является актуальным.

Учитывая изложенное, целыо работы является совершенствование технологии гидратации соевых масел с получением лецитинов, обладающих направленными технологически функциональными свойствами.

Основные задачи исследования:

- анализ научно-технической литературы и патентной информации по теме исследований;

- выбор и обоснование объектов исследования;

- исследование особенностей химического и группового состава фосфолипидного комплекса масел, полученных из семян сои современных сортов;

- теоретическое и экспериментальное обоснование способа гидратации соевых масел с получением фракционированных лецитинов, обладающих технологически функциональными свойствами;

- теоретическое и экспериментальное обоснование способа получения гидратируемых фосфолипидов с повышенным содержанием фосфатидилхолинов;

- разработка методов оценки эффективности образования комплексных соединений фосфолипидов с металлами;

- теоретическое и экспериментальное обоснование способа выведения из масла комплексных соединений фосфолипидов с металлами;

- разработка структурной и технологической схемы гидратации масел с получением фракционированных лецитинов;

- изучение показателей качества и безопасности полученных продуктов;

- оценка экономической эффективности разработанной технологии.

Научная новизна работы заключается в следующем. Установлено, что нерафинированные масла, полученные из семян сои современных сортов, являются перспективным сырьем для получения конкурентоспособных лецитинов, обладающих направленным эмульгирующим действием.

Впервые выявлена зависимость критической концентрации воды в системе «триацилглицерины (ТАГ) - фосфолипиды - вода» от массовой доли фосфолипидов в системе и температуры.

Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что при добавлении растворов хлоридов Са и к нерафинированному соевому маслу происходит образование устойчивых комплексных соединений фосфолипидов с металлами, что приводит к снижению их гидратируемости, при этом фосфатидилхолины не участвуют в реакциях комплексообразовапия.

Показано, что при образовании комплексов фосфолипидов с металлами происходит смещение динамического равновесия в сторону снижения порядка ассоциатов фосфолипидов при увеличении их количества, что обусловливает увеличение электропроводности системы.

Выявлено, что при введении воды в нерафинированное соевое масло, предварительно обработанное растворами хлоридов Са и М§, происходит преимущественная гидратация фосфатидилхолинов, при этом их удельной содержание в гидратируемой фракции достигает 50%.

Показано, что введение концентрированного раствора лимонной кислоты в г идратированное соевое масло, предварительно обработанное растворами хлоридов Са и приводит к разрушению ранее образованных комплексов фосфолипидов с металлами и увеличению их гидратируемости.

Практическая значимость. На основе выполненных исследований разработана технология гидратации соевого масла с получением фракционированных лецитинов, обладающих направленными технологически функциональными свойствами. Разработаны ТУ и ТИ па производство

фракционированных лецитинов ФХ-50 и ФЭА-30 и на производство гидратированного масла.

Разработанная технология получения фракционированных лецитинов принята к внедрению на ООО «Центр Соя» в III квартале 2014 года

Экономический эффект от внедрения разработанной технологии составит более 24 млн. рублей при переработке 82500 тонн соевого масла в год.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1Л Характеристика и функциональные свойства фосфолипидов

Лецитин (пищевая добавка Е322) - это натуральный продукт, получаемый при переработке масел сои, подсолнечника, рапса. Лецитин содержит смесь фракций фосфолипидов - жироподобиых веществ, в молекуле которых содержится остаток фосфорной кислоты: фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилинозитол, фосфатидные кислоты. Молекулы фосфолипидов имеют уникальное строение, благодаря чему лецитин обладает поверхностно-активными и биологически активными свойствами, является природным эмульгатором. Молекулы фосфолипидов отличаются наличием гидрофильных и гидрофобных участков, что характеризует их отношение к воде. Гидрофильная часть обеспечивает распределение в воде, гидрофобная - в неполярных растворителях (жире). Строение молекулы фосфолипидов представлено на рисунке 1.1 [1].

Фосфолипиды относятся к одной из наиболее ценных групп полярных липидов, сопутствующих триацилглицеринам [1].

Фосфолипиды, в зависимости от концентрации, образуют сферические мицеллы - при низких концентрациях, при увеличении концентрации образуются цилиндрические, а затем, при дальнейшем увеличении концентрации, образуются ламеллярные структуры [1].

Существует множество различных систем классификаций фосфолигшдных продуктов, однако, одним из наиболее общих классификационных признаков является соотношение в продукте фосфолипидов и триацилглицеринов. По этому признаку все фосфолипидные продукты можно разделить на жидкие и порошкообразные [1].

гидрофильная часть

гидрофобная часть

Рисунок 1.1 - Строение молекулы фосфолипидов

Следует отметить, что различия между ними заключаются не только и не столько в консистенции, сколько в специфике проявления технологических свойств, что и определяет их преимущественное использование при производстве отдельных видов пищевых продуктов.

Согласно ГОСТ Р 53970-2010 «Добавки пищевые. Лецитины Е322. Общие технические условия» [2] лецитины подразделяют на:

- лецитин Е322 (1) - смесь веществ, нерастворимых в ацетоне (в основном фракций фосфатидилхолинов, фосфатидилэганоламинов, фосфатидилинозитов, фосфатидных кислот) с сопутствующими веществами (гликолипидами, углеводами, триацилглицсрипами, свободными жирными кислотами и др.), полученная из животных или растительных источников. Лецитин Е322 (1) может содержать фосфолипидные фракции и комбинированные с ними вещества в различных пропорциях и комбинациях и выпускается в виде: лецитина жидкого стандартного, лецитина обезжиренного, лецитина фракционированного;

- частично гидролизованный лецитин Е322 (и) - лецитин, полученный ферментативным гидролизом фосфолипидов, с высоким содержанием лизофосфолипидов и выпускается в виде лецитина гидролизованного и лецитина обезжиренного гидролизованного.

Лецитин жидкий стандартный - пищевая добавка, представляющая собой гомогенную текучую жидкость от светло-коричневого цвета, содержащая не менее 60% вещества, нерастворимых в ацетоне, и около 40% триацилглицеринов, свободных жирных кислот и других сопутствующих веществ.

Лецитин жидкий гидролизованный - пищевая добавка, представляющая собой гомогенную текучую жидкость от светло-желтого до темно-коричневого цвета, полученная в результате ферментативного гидролиза фосфолипидов, содержащая не менее 56% веществ, нерастворимых в ацетоне, с повышенным содержанием лизофосфолипидов и около 44% триацилглицеринов, свободных жирных кислот и других сопутствующих веществ.

Лецитин фракционированный - пищевая добавка, представляющая собой вязкую жидкость или воскообразную массу, или порошок, или гранулы от светло-

желтого до темно-коричневого цвета, содержащая заданный набор фракций веществ, нерастворимых в ацетоне.

Лецитин обезжиренный - пищевая добавка, представляющая собой порошок или гранулы от светло-желтого до темно-коричневого цвета, содержащая не менее 95% веществ, и остатки триацилглицеринов, свободных жирных кислот и других сопутствующих веществ.

По групповому составу фосфолипиды подразделяются на фосфатидилхолины, фосфатидилэтаноламины, фосфатидилсерины,

фосфатидилинозитолы, фосфатидилглицерины, фосфатидные и полифосфатидные кислоты и др.

По отношению к воде фосфолипиды растительных масел условно подразделяют на гидратируемые, которые выводятся из масла при гидратации водой, и, так называемые, негидратируемыс, остающиеся в масле после осуществления процесса водной гидратации. В ряде работ показано [1,3], что к гидратируемым фосфолипидам относятся в основном фосфатидилхолины, фосфатидилсерины, фосфатидилэтаноламины, фосфатидилинозитолы, а в составе негидратируемых фосфолипидов присутствуют фосфатидные и полифосфатидные кислоты, фосфатидилсерины, фосфатидилинозитолы, дифосфатидилглицерины, фосфатидилэтаноламины.

Гидратируемые и негидратируемые формы фосфолипидов отличаются не только групповым, но и химическим составом. Так, известно, что негидратируемые фосфолипиды в своем составе содержат металлов в 2-4 раза больше, чем гидратируемые фосфолипиды, что свидетельствует о высокой способности негидратируемых фосфолипидов образовывать комплексные соединения с металлами [3].

Жирнокислотный состав негидратируемых фосфолипидов отличается от гидратируемых высоким содержанием насыщенных кислот. Это свидетельствует о высоком содержании ионов поливалентных металлов в негидратируемых фосфолипидах, так как рядом работ показано, что уменьшение содержания ненасыщенных кислот в молекулах фосфолипидов приводит к

активному взаимодействию фосфолипидов с ионами металлов [1]. По степени ненасыщенности свободных жирных кислот, входящих в состав фосфолипидов, они располагаются следующим образом: фосфатидилсерины, фосфатидилинозитолы, фосфатидные кислоты, полифосфатидные кислоты, фосфатидилэтаноламины [1].

Известно, что фосфатидилинозитолы, фосфатидилсерины и фосфатидные кислоты способны образовывать комплексные соединения с металлами, в виду выраженных кислотных свойств [3]. Известна избирательность индивидуальных групп негидратируемых фосфолипидов к образованию комплексных соединений с металлами. Так, фосфатидилэтаноламины взаимодействуют только с одновалентными металлами, фосфатидилсерины - образуют комплексы только с двух и трехвалентными металлами, а фосфатидилинозитолы, фосфатидные и полифосфатидные кислоты - с одно-, двух- и трехвалентными металлами [3].

Для того, чтобы объяснить стабильность того или иного комплексного соединения необходимо знать его пространственную структуру. Одним из методов, определяющих геометрическое строение молекулы является метод молекулярной механики. С помощью этого метода в работе [1] проведено моделирование лигандного скелета комплексов и определена их структура. Структуры комплексов представлены на рисунках 1.2 и 1.3 [1].

Строение комплексных ионов показывает, что ионы металлов находятся на поверхности комплексов и в случае применения гидратирующего агента, содержащего более сильный лиганд, чем вода, они могут быть разрушены.

Показано [3], что фосфатидные кислоты могут образовывать соединения со стеролами и алифатическими спиртами.

В определенных благоприятных условиях фосфолипиды могут взаимодействовать с белками. Это взаимодействие объясняет их функцию, которую фосфолипиды выполняют в биомембранах. На кинетику и прочность связыван