СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА (БЕЗОПАСНОСТИ) РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ И РАСПЛАВЛЕННЫХ ЖИРОВ
METHOD TO MONITOR QUALITY (SAFETY) OF VEGETABLE OILS AND MELTED FATS

Изобретение относится к области диагностики состава органических и неорганических жидкостей электрофизическими методами, в частности к оперативным методам контроля снижения качества (и безопасности) растительных масел (и расплавленных жиров) в результате окислительных и гидролитических изменений при их хранении и использовании.
Окисление и гидролиз ухудшают органолептические характеристики растительного масла, а также приводят к накоплению опасных для здоровья продуктов - гидроперекисей и свободных жирных кислот, допустимые концентрации которых в пищевых маслах и жирах регламентируются нормативными правовыми актами РФ и действующими санитарными нормами Роспотребнадзора [Федеральный закон №90 - ФЗ от 24.06.08 «Технический регламент на масложировую продукцию», СанПиН 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности продуктов. Санитарно-эпидемиологические правила и нормы»]. В соответствии с этими нормативными документами, в пищевых жирах и маслах содержание гидроперекисей не должно превышать 10 мэкв/кг активного кислорода, содержание свободных жирных кислот не более 0,6 мг КОН/г.
В отечественной практике перекисное и кислотное число исходного и окисленного растительного масла определяют стандартными методами: перекисное число по ГОСТ 26593-85. Масла растительные. Метод определения перекисного числа или по ГОСТ Р 51487-99. Масла растительные и жиры животные. Метод определения перекисного числа; кислотное число по ГОСТ Р 52110-2003. Масла растительные. Методы определения кислотного числа. Недостатком этих методов является то, что они выполняются с использованием вредных и пожароопасных органических растворителей и не всегда удобны для оперативного контроля качества (и безопасности) растительных масел или пищевых жиров при их хранении и использовании.
Известно довольно много патентов на способы контроля качества жиров и масел, используемых для обжарки продуктов во фритюре, по их электрофизическим показателям, однако в этом случае речь идет о более глубоких окислительных и гидролитических изменениях, происходящих при термическом окислении масел и жиров.
Известен патент «Устройство для измерения качества и/или деградации жидкости, а именно пищевого растительного масла"[ЕР 1 439 388]. Устройство содержит, по меньшей мере, одну пару электродов, расположенных друг напротив друга, предназначено для погружения в измеряемую жидкость, при этом электроды и жидкость образуют емкостной измерительный элемент, который способен выдавать электрический сигнал, пропорциональный величине диэлектрической проницаемости жидкости, и устройство обработки полученного выходного сигнала, способное по величине упомянутого выходного сигнала определять уровень качества или степень деградации жидкости
Недостаток данного способа заключается в том, что он не обеспечивает необходимой чувствительности и точности измерений на ранних стадиях окислительных и гидролитических изменений в маслах и жирах, поскольку на этих стадиях величина диэлектрической проницаемости жидкого масла изменяется незначительно.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по своей технической сущности является «Способ определения рода жидкостей» по патенту РФ 2383010. Согласно этому способу измеряют удельные активные электропроводности жидкости при изменении диапазона частот электромагнитных колебаний жидкости от 1 кГц до 1 МГц для двух любых температур жидкости от ее точки кипения до точки замерзания и по пересечению зависимостей удельных электропроводностей от частоты колебаний находят характеристическую частоту колебаний электромагнитного поля, которую используют как основной критерий определения рода жидкости.
Недостатком способа-прототипа является то, что в нем не описана процедура, как именно использовать электрический параметр жидкости - характеристическую частоту колебаний электромагнитного поля в качестве критерия определения рода жидкости.
Техническим результатом заявляемого технического решения является разработка оперативного способа контроля снижения качества (безопасности) растительного масла при хранении на основе измерения его характеристической частоты колебаний и характеристической удельной активной электропроводности.
Fx
Fx
Технический результат в предлагаемом способе достигается тем, что измеряют удельную активную электропроводность (æ) жидкого растительного масла или жира при различных частотах (F) электромагнитных колебаний и разных температурах, для контроля качества (безопасности) определенного вида растительного масла или жира отбирают достаточное количество растительного масла или жира, делят отобранный образец на две части и одну часть масла или жира подвергают окислению на воздухе при температуре 100…110°C и периодическом перемешивании до достижения перекисного числа 10…12 мэкв активного кислорода/кг, перекисное и кислотное число исходного и окисленного масла (или жира) определяют стандартными методами, затем из исходного и окисленного масла (или жира) готовят калибровочный образец с предельно допустимым для пищевого масла (или жира) содержанием перекисных соединений 10 мэкв активного кислорода/кг, смешивая исходный и окисленный образец в необходимом соотношении по массе, измеряют в калибровочном образце в диапазоне частот от 1 до 200 кГц при двух температурах измерения зависимость удельной активной электропроводности (æ) от частоты (F) электромагнитного поля, по точке пересечения этих зависимостей определяют характеристическую частоту (Fx) электромагнитного поля и характеристическую удельную активную электропроводность (æ) калибровочного образца растительного масла, определяют среднее значение характеристической частоты и характеристической удельной активной электропроводности и допустимые отклонения результатов от средних значений, полученные средние значения характеристической частоты и характеристической удельной активной электропроводности (æ) считают максимально допустимыми нормативными значениями для данного растительного масла или жира, для текущего контроля качества (безопасности) масла отбирают пробу растительного масла или жира, определяют характеристическую частоту электромагнитного поля и характеристическую удельную активную электропроводность масла описанным выше способом при двух температурах измерения, сравнивают полученные значения характеристической частоты и характеристической удельной активной электропроводности с нормативными значениями, в случае превышения нормативных значений принимают решение о непригодности данного образца растительного масла или жира для использования на пищевые цели.
Заявленный способ реализуется следующим образом.
Для контроля качества (безопасности) определенного вида растительного масла или расплавленного жира отбирают достаточное количество растительного масла или расплавленного жира, делят отобранный образец на две части и одну часть масла или жира подвергают окислению на воздухе при температуре 100…110°C и периодическом перемешивании до достижения перекисного числа 10…12 мэкв активного кислорода/кг, перекисное и кислотное число исходного и окисленного масла (или жира) определяют стандартными методами.
Затем из исходного и окисленного масла готовят калибровочный образец с максимально допустимым для пищевого масла или жира содержанием перекисных соединений (10 мэкв активного кислорода/кг), смешивая исходный и окисленный образец в соотношении «x» массовых долей исходного образца и (1-х) массовых долей окисленного образца. В полученном калибровочном образце проверяют расчетным методом перекисное число:
к
и
0
П.ч=П.ч·х+П.ч·(l-x) мэкв активного кислорода/кг;
где подстрочные индексы к, и, о обозначают показатели соответственно калибровочного, исходного и окисленного образца;
x - массовая доля исходного образца в смеси;
(1-x) - массовая доля окисленного образца в смеси.
Из приведенных выше формул следует, что массовая доля исходного образца масла или жира в смеси
0
0
и
x=(П.ч.-10)/(П.ч.-П.Ч.)
Fх
Измеряют в полученном калибровочном образце в диапазоне частот от 1 до 200 кГц при двух температурах измерения зависимость удельной активной электропроводности (æ) от частоты (F) электромагнитного поля, по точке пересечения этих зависимостей определяют характеристическую частоту (Fx) электромагнитного поля и характеристическую удельную активную электропроводность (æ) калибровочного образца растительного масла.
x
Fx
Fх
Измерения характеристической частоты (F) и характеристической удельной активной электропроводности (æ) калибровочного образца производят не менее 3 раз. Определяют средние значения характеристической частоты и характеристической удельной активной электропроводности и допустимые отклонения результатов от средних значений, полученные средние значения характеристической частоты и характеристической удельной активной электропроводности (æ) считают максимально допустимыми нормативными значениями для данного растительного масла или жира.
Для текущего контроля качества (безопасности) масла отбирают пробу растительного масла или расплавленного жира, определяют характеристическую частоту электромагнитного поля и характеристическую удельную активную электропроводность масла описанным выше способом при двух температурах измерения. Сравнивают полученные значения электрофизических показателей с нормативными значениями. В случае превышения нормативных значений принимают решение о невозможности использования данного образца растительного масла или жира на пищевые цели.
Заявленный способ поясняется чертежами:
Фиг.1 - Комплексная система анализа (КСА) электрофизических показателей жидкого растительного масла (или жира), где:
1 - трехэлектродный емкостной датчик типа ДП-1 по ТУ 6-02-2-871-85 [Патент РФ №578603 «Трехэлектродный датчик», 1977, Бюл. №40. Авторы: Белоусов О.А., Ефремов Б.М., Леонов В.М., Литко А.А., Овинников В.К., Солодова М.П., Усиков С. В];
2 - измеритель иммитанса Е7-20 по ТУ РБ 100039847-042-2004, обеспечивающий измерения электрофизических показателей растительных масел при частоте колебаний электромагнитного поля от 1 до 200 кГц;
3 - ультратермостат типа LOIP LT-108 по ТУ 4389-002-44330709-2008;
4 - ртутный термометр;
5 - вспомогательное устройство для подключения датчика ДП к измерителю иммитанса Е7-20 через коаксиальные кабельные соединения марки РК-50-1-21 длиной не более 2 м;
6 - теплообменник из нержавеющей стали, связанный с термостатом для осуществления прокачки жидкого теплоносителя (воды). В рубашку погружен экранированный стеклянный стакан с анализируемым продуктом и чувствительным элементом датчика;
7 - металлический экран без контакта с анализируемым веществом;
8 - стеклянный стакан из термостойкого стекла, внешняя поверхность которого покрыта тонким металлическим экраном, не имеющим гальванического контакта с маслом.
Фиг.2. - Зависимости удельной активной электропроводности (ге) нерафинированного подсолнечного масла от частоты электромагнитного поля (F) при двух температурах измерения.
x
Фиг.3. Зависимость характеристической частоты (F) электромагнитного поля нерафинированного подсолнечного масла от величины перекисного числа.
x
Fx
Fx
Заявленный способ контроля качества (безопасности) растительного масла (или жира) реализуют путем измерения удельной активной электропроводности (æ) жидкого растительного масла (или жира) в диапазоне частот (F) от 1 кГц до 200 кГц при двух температурах и по пересечению полученных зависимостей удельной активной электропроводности (æ) от частоты (F) определяют характеристическую частоту электромагнитного поля (F), при которой удельная активная электропроводность (æ) остается постоянной независимо от температуры образца. Эту величину удельной активной электропроводности (æ) предлагается также назвать характеристической.
x
Fx
x
Fx
Величину характеристической частоты электромагнитного поля (F) и характеристической удельной активной электропроводности (æ) образцов исследуемого растительного масла (или расплавленного жира) предлагается рассматривать как основные показатели качества (безопасности). Превышение предварительно установленных нормативных значений характеристической частоты (F) электромагнитного поля и характеристической удельной активной электропроводность (æ) исследуемых образцов растительного масла предлагается использовать как критерий отклонения качества (безопасности) масла после определенного срока хранения от установленной нормы и невозможности использования этих образцов масла на пищевые цели.
Способ осуществляют методом отбора проб растительного масла (или жира) и их исследования на установке, приведенной на фиг.1. Комплексная система анализа (КСА) электрофизических показателей жидкого растительного масла включает: трехэлектродный емкостной датчик типа ДП /1/, измеритель иммитанса Е7-20 121, вспомогательное устройство для подключения датчика ДП к измерителю иммитанса Е7-20 через коаксиальные кабельные соединения 151, термостат LOIP LT-108 /3/ и теплообменник 161 для термостатирования сосуда /8/ с исследуемым маслом, ртутный термометр /4/ для контроля температуры измерения с точностью ±0,1 С и металлический экран /7/ для защиты датчика ДП от влияния внешних электрических полей.
x
Fx
Определение характеристической частоты электромагнитного поля (F) и характеристической удельной активной электропроводности (æ) растительного масла производят следующим образом:
в специальный стакан отбирают пробу исследуемого растительного масла (или расплавленного жира) и помещают стакан в устройство для термостатирования;
подготовленный чистый и сухой датчик ДП помещают в стакан на такую глубину, чтобы обеспечить надежный контакт растительного масла с охранным электродом;
стакан с растительным маслом или жиром термостатируют при выбранной температуре и проводят измерения удельной электропроводности (æ) масла при изменении частоты электромагнитных колебаний (F) в диапазоне от 1 до 200 кГц при двух температурах измерения;
x
Fх
по пересечению зависимостей удельной электропроводности (æ) от частоты (F) находят характеристическую частоту колебаний (F) электромагнитного поля и характеристическую удельную активную электропроводность (æ) исследуемого образца растительного масла (или расплавленного жира).
x
Fx
x
Fx
Для примера на фиг.2 приведены графические зависимости удельной активной электропроводности (æ) нерафинированного подсолнечного масла от частоты колебаний (F) электромагнитного поля в диапазоне от 1 кГц до 100 кГц при температурах 22°C и 50°C. По точке пересечения этих зависимостей определяем характеристическую частоту колебаний электромагнитного поля (F) и характеристическую удельную активную электропроводность (æ) исследуемого образца подсолнечного масла F=62 кГц, æ=8 нСм/м.
x
Fx
x
Fx
Заявляемый способ основан на измерении характеристической частоты электромагнитного поля (F) и характеристической удельной активной электропроводности (æ) исследуемого растительного масла (или расплавленного жира) и определении соответствия этих показателей установленным нормативам. Нормативы устанавливают по результатам предварительного определения характеристической частоты (F) и характеристической удельной активной электропроводности (æ) калибровочного образца этого же масла (или расплавленного жира) с максимально допустимым содержанием гидроперекисей, установленным стандартизованными методами.
Характеристическая частота и характеристическая удельная активная электропроводность образцов растительного масла зависят от содержания в жире гидроперекисей, свободных жирных кислот и других полярных продуктов. Как правило, в процессе хранения и использования быстрее нарастает величина перекисного числа, вследствие чего норматив характеристической частоты (Fx) электромагнитного поля следует устанавливать по калибровочной кривой по допустимому нормативу перекисного числа 10 мэкв активного кислорода/кг.
x
Рх
На предприятии, где организуется контроль качества (безопасности) растительного масла, для определения нормативов характеристической частоты (F) и характеристической удельной активной электропроводности (æ) используемого растительного масла (или жира) отбирают представительную пробу исследуемого масла или жира массой не менее 1,0 кг. Отобранную пробу растительного масла делят на две части, одну из которых подвергают мягкому окислению на воздухе при температуре 100…110°С и периодическом перемешивании до достижения перекисного числа масла 10…12 мэкв/кг активного кислорода. Перекисное число исходного и окисленного растительного масла определяют стандартными методами: перекисное число по ГОСТ 26593-85. Масла растительные. Метод определения перекисного числа или по ГОСТ Р 51487-99. Масла растительные и жиры животные. Метод определения перекисного числа.
Затем из исходного и окисленного масла готовят калибровочный образец с максимально допустимым для пищевого масла или жира содержанием перекисей (10 мэкв активного кислорода/кг), смешивая исходное и окисленное масло в соотношениях «х» массовых долей исходного и (1-х) массовых долей окисленного образца. Перекисное число калибровочного образца определяют расчетным методом по формуле:
к
и
0
П.ч=П.ч·х+П.ч(1-х) мэкв активного кислорода/кг;
где подстрочные индексы к, и, о обозначают показатели соответственно калибровочного, исходного и окисленного образца;
х - массовая доля исходного образца в смеси;
(l-х) - массовая доля окисленного образца в смеси.
Из приведенной выше формулы следует, что массовая доля исходного образца масла или жира в смеси
0
0
и
х=(П.ч.-10)/(П.ч.-П.Ч.)
x
Fx
x
Fx
x
Fх
Затем определяют характеристическую частоту (F) колебаний электромагнитного поля и характеристическую удельную активную электропроводность (æ) калибровочного образца растительного масла или жира изложенным выше способом путем измерения зависимости удельной активной электропроводности от частоты при двух температурах измерения. По пересечению полученных зависимостей определяют характеристическую частоту электромагнитного поля (F) и характеристическую удельную активную электропроводность (æ) калибровочного образца. Измерения характеристической частоты (F) и характеристической удельной активной электропроводности (æ) калибровочного образца производят не менее 3 раз, статистическую обработку результатов измерений - в соответствии с ГОСТ Р ИСО 5725. За окончательный результат измерения принимают среднее арифметическое параллельных определений, выполненных в условиях повторяемости и удовлетворяющих условию приемлемости. Полученный результат округляют до целых чисел.
Установлено, что зависимость характеристической частоты электромагнитного поля (Fx) от перекисного числа пищевых масел и жиров приближенно описывается линейной функцией. Для примера на фиг.3 приведена зависимость характеристической частоты образцов нерафинированного подсолнечного масла от величины перекисного числа.
Fx
Аналогичная линейная зависимость связывает перекисное число и натуральный логарифм характеристической частоты (In æ) образцов нерафинированного подсолнечного масла.
Эти данные позволяют утверждать, что характеристическая частота колебаний электромагнитного поля и характеристическая удельная активная электропроводность калибровочного образца, полученного смешением исходного и окисленного растительного масла или расплавленного жира, закономерно связаны с величиной его перекисного числа.
Fх
Для текущего контроля качества растительного масла или жира после определенного срока хранения отбирают пробу масла или жира, определяют характеристическую частоту (Fx) электромагнитного поля и характеристическую удельную активную электропроводность (æ) описанным выше способом путем измерения удельной активной электропроводности при двух температурах.
Fх
Сравнивают измеренные значения характеристической частоты электромагнитного поля (Fx) и характеристической удельной активной электропроводности (æ) с предварительно установленными нормативами. При превышении нормативов этих показателей для данного вида используемого растительного масла делают вывод о невозможности использования данного образца растительного масла на пищевые цели.
Установлено, что измерение характеристической удельной активной электропроводности образцов растительного масла можно проводить непосредственно при одной нормативной характеристической частоте данного масла и одной (любой) выбранной температуре измерения. Сравнивают полученное значение характеристической удельной активной электропроводности с нормативным значением этого показателя, при превышении нормативного показателя делают вывод о невозможности использования данного растительного масла или жира на пищевые цели.
Таким образом, определение характеристической частоты и характеристической удельной активной электропроводности исследуемых образцов растительного масла и сравнение полученных значений с нормативными значениями характеристической частоты и характеристической удельной активной электропроводности обеспечивает контроль качества (безопасности) растительных масел и расплавленных жиров и, следовательно, достижение заявленного технического результата.