Рудаков 2010

СО
ДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1. Технология производства растительных жиров
и основные виды масличного сырья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1. Принципиальные технологические схемы
производства растительных масел . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2. Подсолнечник . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3. Мак масличный . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4. Лен масличный . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5. Хлопчатник . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6. Масличные растения семейства бобовых . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.7. Масличные растения семейства крестоцветных . . . . . . . . . . .
1.8. Масличные растения семейства пальмовых . . . . . . . . . . . . . .
2. Анализ масличного сырья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1. Определение содержания в семенах
сорной и масличной примесей и поврежденных семян . . . . . .
2.2. Определение влажности семян масличных культур . . . . . . . .
2.3. Определение содержания плодовых или семенных
оболочек в семенах подсолнечника и клещевины . . . . . . . . . .
2.4. Определение содержания семенных оболочек в семенах сои . . .
2.5. Определение содержания липидов
в семенах (масличность семян) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3. Определение качественных показателей
промежуточных продуктов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1. Анализ качества рушанки и ядра,
поступающего на измельчение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2. Анализ качества мятки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3. Методы анализа качества мезги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4. Методы анализа качества мисцеллы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5. Определение качественных показателей жмыхов и шрота . . . .
4. Контроль рафинации масел и жиров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1. Расчет количества щелочи,
необходимой для рафинации масла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2. Пробная гидратация, выход гидратированного масла . . . . . .
4.3. Проведение пробной щелочной нейтрализации . . . . . . . . . . . .
6
6
18
22
23
27
30
35
44
50
51
52
55
56
56
64
64
66
72
73
75
85
87
90
92
Содержание
573
5. Химический состав и пищевая ценность жиров . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1. Жирные кислоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2. Фосфолипиды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3. Стерины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4. Жирорастворимые витамины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5. Определение пищевой ценности жиров . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6. Химическое строение и характеристика
важнейших жирных кислот . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
94
99
103
109
110
114
6. Пищевые жиры и их свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1. Физические свойства и показатели жиров . . . . . . . . . . . . . . .
6.2. Химические превращения и свойства жиров . . . . . . . . . . . . .
6.3. Числа и показатели качества жиров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
131
132
140
151
7. Животные жиры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.1. Принципиальные технологические схемы
производства животных жиров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2. Особенности химического состава животных жиров . . . . . .
7.3. Молочный жир . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
160
160
174
176
8. Растительные масла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.1. Подсолнечное масло . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2. Хлопковое масло . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3. Соевое масло . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.4. Арахисовое масло . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.5. Горчичное масло . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.6. Рапсовое масло . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.7. Кукурузное масло . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.8. Оливковое масло . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.9. Кокосовое масло . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.10. Пальмоядровое масло . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.11. Пальмовое масло . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.12. Масло какао . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.13. Кунжутное масло . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.14. Маковое масло . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.15. Рыжиковое масло . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.16. Льняное масло . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.17. Маргарины, спреды и кулинарные жиры . . . . . . . . . . . . . . .
8.18. Майонезы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.19. Микробные жиры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
190
201
203
204
206
207
209
212
214
215
217
218
222
224
226
227
228
229
248
254
9. Методы контроля показателей качества жиров . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1. Методы определения физических показателей . . . . . . . . . . .
9.1.1. Определение цвета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1.2. Определение прозрачности твердого жира . . . . . . . .
9.1.3. Определение запаха, вкуса и консистенции . . . . . . .
9.1.4. Определение температуры плавления . . . . . . . . . . .
9.1.5. Определение температуры застывания . . . . . . . . . . .
9.1.6. Определение твердости жира . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1.7. Определение показателя преломления . . . . . . . . . . .
9.1.8. Определение числа рефракции . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1.9. Определение плотности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1.10. Определение вязкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1.11. «Холодный» тест . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.2. Методы определения химических показателей . . . . . . . . . . .
9.2.1. Определение кислотного числа . . . . . . . . . . . . . . . . .
259
259
259
268
269
270
273
275
278
283
285
288
295
297
297
122
574
Технохимический контроль жиров и жирозаменителей
9.2.2.
9.2.3.
9.2.4.
9.2.5.
9.2.6.
9.2.7.
9.2.8.
9.2.9.
9.2.10.
9.2.11.
9.2.12.
9.2.13.
9.2.14.
9.2.15.
9.2.16.
9.2.17.
9.2.18.
9.2.19.
9.2.20.
9.2.21.
Определение числа омыления . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Определение эфирного числа . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Определение йодного числа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Определение роданового числа . . . . . . . . . . . . . . . . .
Определение числа Рейхерта–Мейссля . . . . . . . . . .
Определение числа Поленске . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Определение числа Генера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Определение массовой доли
насыщенных жирных кислот . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Определение массовой доли
связанного глицерина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Определение массовой доли общего
(свободного и связанного) глицерина в жире . . . . . .
Определение степени окисленности жиров . . . . . . .
Определение перекисного
(пероксидного) числа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Определение анизидинового числа . . . . . . . . . . . . . .
Определение суммарного содержания продуктов
окисления, нерастворимых в петролейном эфире . . .
Определение массовой доли
фосфорсодержащих веществ . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Определение массовой доли
восков и воскоподобных веществ . . . . . . . . . . . . . . .
Определение массовой доли
неомыляемых липидов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Определение массовой доли серы в масле . . . . . . . . .
Определение массовой доли
влаги и летучих веществ в жирах . . . . . . . . . . . . . . .
Измерение водородного показателя рН жиров . . . . .
10. Хроматографические методы контроля
показателей качества жиров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.1. Газожидкостная хроматография
как метод определения жирнокислотного состава . . . . . . . .
10.1.1. Идентификация масложировой продукции
по жирнокислотному составу . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.1.2. Контрольные карты для экспертизы
аутентичности жиров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.1.3. Пиролитическая хроматография жиров . . . . . . . . .
10.1.4. Парофазная хроматография жиров . . . . . . . . . . . . .
10.2. Жидкостная хроматография
в контроле качества жиров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.2.1. Высокоэффективная жидкостная
хроматография липидов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.2.2. Микроколоночная высокоэффективная
жидкостная хроматография триглицеридов . . . . . .
10.2.3. Микроколоночная высокоэффективная
жидкостная хроматография фосфолипидов . . . . . .
10.2.4. Определение витаминов А, Е и b:каротина
методом микроколоночной ВЭЖХ . . . . . . . . . . . . . .
10.2.5. Тонкослойная жидкостная хроматография
фосфолипидов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.2.6. Качественная идентификация фосфолипидов
методом ТСХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.2.7. Количественное определение фосфолипидов
методом ТСХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
304
308
309
323
326
329
329
332
337
339
340
341
344
348
349
352
354
357
363
367
371
374
395
411
424
430
435
448
463
469
471
478
484
486
Содержание
11. Оптические и спектрометрические
методы контроля качества жиров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.1. Электронная абсорбционная спектроскопия липидов . . . . .
11.2. Инфракрасная спектроскопия жиров.
Определение массовой доли трансизомерных кислот . . . . . .
11.3. Люминесцентный метод контроля качества жиров . . . . . . . .
11.4. Импульсная ЯМР%спектрометрия
в определении качества жиров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
575
490
491
498
503
508
12. Дифференциальнотермический анализ твердых жиров . . . . . . . . 517
13. Методы определения ожидаемых выходов масла,
жмыхов и отходов производства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13.1. Переработка семян подсолнечника способом
двукратного прессования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13.2. Переработка семян подсолнечника способом
форпрессования и экстракции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13.3. Переработка семян сои экстракционным способом
без отделения семенной оболочки и зародыша . . . . . . . . . . .
13.4. Переработка семян сои экстракционным способом
с отделением семенной оболочки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13.5. Переработка семян сои экстракционным способом
с отделением семенной оболочки и зародыша . . . . . . . . . . . .
13.6. Переработка бескожурных семян способом
форпрессования и экстракции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13.7. Переработка бескожурных семян способом
однократного прессования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13.8. Расчет продукта при рафинации масла . . . . . . . . . . . . . . . . .
13.9. Таблицы технохимического контроля, используемые
на предприятиях масложировой промышленности . . . . . . .
532
533
536
539
540
542
544
546
547
554
Словарь терминов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 570
ВВЕДЕНИЕ
Н астоящее учебное пособие подготовлено доктором хими
ческих наук О. Б. Рудаковым, специалистом в области ин
струментальных методов контроля качества пищевой про
дукции; кандидатом сельскохозяйственных наук Н. В. Ко
рольковой и кандидатом технических наук О. А. Котик,
специалистами в области технохимического контроля и про
изводства растительных масел; доктором технических наук
К. К. Полянским, специалистом в области пищевой химии
и технологии молочной продукции, а также кандидатом хи
мических наук Л. В. Рудаковой, специалистом в химиче
ском анализе биологически активных веществ и фармацев
тическом анализе.
В данной книге приведены принципиальные техноло
гические схемы производства жиров, охарактеризовано ис
ходное сырье, даны химическое строение и свойства, клю
чевые химические реакции компонентов жиров, краткое
изложение теоретических основ методов анализа и деталь
ное описание методик выполнения измерений. В пособии
содержится большой справочный материал, полезный не
только студентам для изучения основ технохимического
контроля и выполнения лабораторных работ, но и в еже
дневной работе эксперта, оператора испытательной лабора
тории, товароведа.
Для технологов производств масложирового, парфюмер
нокосметического, фармацевтического профиля, произ
водств по переработке молока, мяса и рыбы, хлебобулочных
4
Технохимический контроль жиров и жирозаменителей
и кондитерских производств являются актуальными вопро
сы повышения качества продукции, совершенствования
методов его контроля и стандартизации. Молочный жир и
некоторые масла повышенной пищевой ценности, как из
вестно, часто фальсифицируют добавками дешевых жиров,
появился большой ассортимент комбинированных жиров,
спредов. Имея дело с любым жировым продуктом, важно
знать, каким образом его химические и физикохимические
характеристики влияют на технологию, хранение, воспри
ятие потребителем. Жиры представляют собой сложную
смесь три, ди и моноглицеридов, насыщенных и ненасы
щенных свободных жирных кислот, стеринов, фосфолипи
дов и других органических веществ. Замена какоголибо
ингредиента всегда влечет за собой риск того, что изменят
ся вкус, аромат, текстура, срок годности и технологичность
продукта. Традиционные физикохимические показатели,
определяемые простыми способами, недостаточны для ре
шения технологических вопросов, для оценки качества и
идентификации натуральности молочного жира, аутентич
ности сорта масла и т. д. Решение этих проблем возможно
только при широком внедрении в промышленную практи
ку современных прецизионных инструментальных мето
дов, в первую очередь хроматографических, которые по
зволяют получать наиболее полную и полезную информа
цию о продукте.
Дифференциация жиров различного происхождения в
первую очередь связана с определенным набором жирных
кислот, входящих в их состав. Если раньше жирнокислот
ный состав являлся второстепенным показателем жира, то
сейчас он становится наиболее достоверным критерием его
пищевой ценности.
Благодаря хорошей воспроизводимости и повторяемо
сти анализа капиллярная газожидкостная хроматография
(ГЖХ) выдвинулась на первое место при изучении жир
нокислотного состава жировых продуктов. Разработаны,
апробированы и аттестованы методы подготовки пробы и
хроматографического анализа метиловых и этиловых эфи
ров высших кислот. Введены нормированные диапазоны,
Введение
5
характеризующие жирнокислотный состав масел и жиров.
Наряду с ГЖХ широкое внедрение в технохимическом кон
троле жиров получили высокоэффективная жидкостная хро
матография (ВЭЖХ), инфракрасная спектроскопия, им
пульсная ядерномагнитнорезонансная (ЯМР) спектромет
рия, дифференциальнотермический анализ (ДТА) и другие
инструментальные методы. В пособии наряду с описанием
традиционных физических и химических методов даны но
вые методы и приемы контроля состава и качества жировой
продукции.
При составлении материалов авторы опирались на тру
ды ведущих научных школ в химии и аналитике жиров:
Н. С. Арутюняна, Ф. А. Вышемирского, С. С. ГуляеваЗай
цева, Г. С. Инихова, Д. В. Качераускиса, Е. П. Корнена,
Н. И. Козина, А. П. Нечаева, К. К. Полянского, И. М. Ску
рихина, Г. В. Твердохлеб, В. А. Тутельяна, Б. Н. Тютюн
никова, В. Г. Щербакова, В. С. Яковлева, а также на соб
ственные разработки в этой области.
§1 §
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВО
ДСТВА
ПРОИЗВОДСТВА
РАСТИТЕЛЬНЫХ ЖИРОВ
И ОСНОВНЫЕ ВИДЫ
МА
СЛИЧНОГ
О СЫРЬЯ
АСЛИЧНОГ
СЛИЧНОГО
1.1.
ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ
ПРОИЗВО
ДСТВА РРА
АСТИТЕЛЬНЫХ МА
СЕЛ
ПРОИЗВОДСТВА
МАСЕЛ
Т ехнологический процесс производства и переработки рас
тительных масел невозможен без соблюдения заданных ре
жимов.
Переработка масличных семян осуществляется двумя
способами: прессовым и экстракционным. В настоящее вре
мя широкое распространение получили следующие техно
логические схемы:
§ схема однократного прессования;
§ схема двукратного прессования (форпрессование + окон
чательный отжим);
§ схема прямой экстракции (экстракция без предваритель
ного съема масла);
§ схема «форпрессование (предварительный съем мас
ла) + экстракция».
Неотъемлемой частью любой из перечисленных техно
логических схем является подготовка масличного материа
ла к переработке.
Процесс подготовки материала включает целый ряд опе
раций. К ним относятся: приемка семян, производственная
очистка масличных культур от примесей, сушка и, нако
нец, хранение сырья.
Контроль качества поступающего сырья должен способ
ствовать обеспечению заводов семенами высокого качества
в соответствии с требованиями государственных стандартов.
Производственная очистка семян. Семенная масса в
большинстве случаев представляет собой многокомпонент
1. Технология производства растительных жиров и виды масличного сырья
7
ную механическую смесь, которую можно разделить на не
поврежденные семена основной культуры, органический и
минеральный сор, включая металлические примеси.
Все компоненты семенной массы варьируют по химиче
ским, физическим, биохимическим свойствам.
К масличной примеси принято относить обрушенные се
мена основной культуры, семена с остатками ядра (изъеден
ные вредителями, битые), заплесневевшие, загнившие, про
росшие, семена с измененным цветом ядра, недоразвитые и
поврежденные морозом (соя и др.). К масличной примеси
принято относить также семена других масличных расте
ний, не уступающие по ценности основной культуре (к се
менам подсолнечника это не относится).
Способы и оборудование для очистки семян зависят глав
ным образом от свойств основной культуры, сорной приме
си и их различия по следующим признакам или их сочета
ниям: линейным размерам (длина, ширина, толщина), фор
ме, аэро и гидродинамическим, электрическим и магнитным
свойствам, плотности, состоянию поверхности, коэффици
енту трения и прочности.
Выбор способов удаления из семян посторонних приме
сей основывается на различии в отдельных характеристи
ках или их совокупности между семенами и примесями,
достаточными для проведения процесса.
Особенно широкое распространение получили способы
и оборудование, обеспечивающие разделение сыпучих масс
по размерам, аэродинамическим и магнитным свойствам.
Проведение ступенчатой очистки (чаще двукратной) пе
ред хранением и переработкой семян позволяет снизить не
однородность, улучшает качество семенной массы.
Контроль работы очистительных машин (сепараторов,
буратов, пневмоочистителей) в производственных услови
ях осуществляют путем определения содержания сорных
примесей в семенах до и после очистки. Основной задачей
технохимического контроля на этом этапе является обеспе
чение выпуска масла, жмыха и шрота с небольшим содер
жанием посторонних примесей, отрицательно сказываю
щихся на качестве готового продукта, а также недопущение
8
Технохимический контроль жиров и жирозаменителей
преждевременного износа технологического оборудования.
Большое значение имеет также контроль отделения ферро
магнитных примесей.
Операции подготовки семян к прессованию. Операции
подготовки семян к прессованию являются общими для всех
технологических схем. К ним относятся: отделение оболо
чек (обрушивание и сепарирование масличных семян), из
мельчение ядра, влаготепловая обработка мятки (жарение).
Обрушивание и сепарирование. Масличные семена яв
ляются источником получения пищевых и кормовых про
дуктов. В подавляющем большинстве случаев такие ценные
группы веществ, как липиды и протеины, локализуются в
ядре семени. Другие морфологические части семян содер
жат значительно меньшее количество ценных компонен
тов, а покровные оболочки (плодовая и семенная) служат
источником многих нежелательных веществ, которые в ус
ловиях извлечения масла переходят в него. Содержание
сырой клетчатки и безазотистых экстрактивных веществ в
оболочках гораздо выше, чем в ядре. Количественные соот
ношения между ядром и оболочкой неодинаковы для се
мян разных масличных культур и сильно колеблются в за
висимости от сортовых особенностей и внешних условий
произрастания.
При выработке высококачественных масел, шротов и жмы
хов обрушивание и выделение из рушанки оболочек семян яв
ляются необходимыми технологическими операциями.
Обрушиванию подвергаются обычно семена подсолнеч
ника, хлопчатника, сои, клещевины, горчицы и других
культур. Отделение оболочек имеет целью снизить потери
масла в жмыхе, получить жмыхи и шроты с высоким содер
жанием белковых веществ и увеличить производительность
основного оборудования (форпрессы и экструдеры).
Семена подсолнечника и некоторых других культур под
вергают обрушиванию на рушальных машинах различных
конструкций. В результате обрушивания получают продукт,
называемый рушанка. Рушанка представляет собой смесь
ядра, оболочек, некоторого количества целых семян, дроб
леного ядра и масличной пыли.