Влияние тепловой обработки на физические характеристики и полимеризацию растительных масел

DOI: 10.18454/IRJ.2016.45.023 Перевозников Е.Н.1 , Слугин В.В.2

кандидат физико-математических наук, доцент, 2 старший преподаватель, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ НА ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПОЛИМЕРИЗАЦИЮ

РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ

Аннотация

Исследуется влияние тепловой обработки на физико-химические характеристики и полимеризацию растительных масел. Проведены измерения вязкости, сняты инфракрасные и электронные спектры поглощения, дериватограммы. Обнаружено значительное увеличение вязкости с ростом циклов тепловой обработки масел, что объясняется ростом степени полимеризации и подтверждается анализом инфракрасных спектров поглощения и электронных спектров экстинции. Цикличность тепловой обработки и последующая выдержка приводит к образованию полимерного осадка при более низких температурах нагревания, чем применяются в промышленности. С помощью дериватограммы оценена температура полимеризационного фазового перехода в подсолнечном масле.

Ключевые слова: растительные масла, тепловая обработка, полимеризация, спектры и вязкость.

Perevoznikov E.N.1, Slugin V.V.2 :PhD in Physics and Mathematics, Associate professor, 2Senior lecturer, Peter the Great Saint-Petersburg Polytechnic University INFLUENCE OF HEAT TREATMENT ON PHYSICAL CHARACTERISTICS AND POLYMERIZATION

OF VEGETABLE OILS

Abstract

We investigate the influence of thermal processing on physico-chemical characteristics and polymerization of vegetable oils. Viscosity measurements were carried out, infrared and electronic absorption spectra were removed, derivatograms were obtained. Detected a significant increase of the viscosity with increasing heat treatment oil cycles, due to the growth of the degree ofpolymerization and is confirmed by the analysis of the infrared absorption spectra and electron spectra of extinction. Cyclical heat treatment and subsequent exposure leads to the formation of a polymer precipitate at lower heating temperatures than used in industry. With derivatograms estimated phase transition temperature of the polymerization in sunflower oil.

Keywords: vegetable oils, heat treatment, polymerization, spectra and viscosity.

В работе приведены результаты исследований, проводимых авторами, посвященные оценке влияния циклической тепловой обработки на физико-химические характеристики растительных масел [4]. Широкое применение растительных масел в пищевой, химической технологии и других отраслях промышленности обеспечивает актуальность таких исследований.

В качестве изучаемых характеристик использовались чувствительные к молекулярной структуре вязкость, электронные и ИК-спектры поглощения, а качестве исследуемых масел подсолнечное и рисовое масла известных потребительских марок. Для оценки влияния тепловой обработки на процессы полимеризации растительных масел, наряду с измерениями вязкости и спектров также проводился дериватографический анализ. Вязкость измерялось методом Стокса, спектры на ИК-спектрометре ФСМ 1201 к е(1,5 -2,5)мкм и электронном спектрометре КФК X е (0,3 - 0,4 )мкм, дериватограмма снималась на дериватографе Q-1500.

Известно, что при полимеризации масел происходит объединение молекул жирных кислот в комплексы-ассоциаты с большей молекулярной массой, но с тем же элементным составом. При этом существенно меняются их физико-химические характеристики. А именно: увеличивается плотность, вязкость, молярная масса, уменьшается йодное число, уменьшается содержание полиненасыщенных жирных кислот (важной для человека пищевой компоненты в маслах) [1-3]. Все это приводит к ухудшению потребительского качества масла.

Основной механизм полимеризации связан с наличием водородных связей, которые активизируются при нагревании. Присутствие кислорода воздуха для некоторых масел ускоряет окислительные и полимеризационные процессы.

Для оценки влияния цикличности теплового воздействия на вязкость и спектры масло нагревалось до t = 150 C с последующим охлаждением до комнатных температур, после чего проводились измерения. Опыт повторялся несколько раз.

Для измерения использовались 3 образца: исходное масло; масло, подвергшееся тепловой обработке, полимерный осадок (образовавшийся в масле подвергшемся четырехкратной циклической обработке и последующей шестимесячной выдержке и представляющий собой бесцветную вязкую желеобразную массу. Результаты измерений приведены в (таб.1) и на Рис. 1-4.

Таблица 1 - Зависимости вязкости подсолнечного и рисового масел от числа циклов тепловой обработки

Число циклов 1 2 3 4

Рисовое масло 7](кг / м  с) 0.133 0.137 0.140 0.144

Подсолнечное масло г](кг / м  с) 0.072 0.095 0.113 0.116

1000 ' ' ' ' ' ' ' 20Я1 ' ' ' ' ' " ' ЗООС ' ' ' ' ' ' ' 40ОС ' ' ' ' ' ' ' 50С0

Рис. 1 - ИК- спектры поглощения исходных подсолнечного и рисового масел, гретого рисового

Рис. 2 - ИК-спектры поглощения подсолнечного - исходного, гретого масла и полимерного осадка

масло "Олейна"

3-1 II

длина волны, нм

Рис. 3 - Электронный спектр (поглощение) подсолнечного масла

Рис. 4 - Дериватограмма полимерного осадка подсолнечного масла

Результаты измерений позволяют сделать следующие предварительные выводы:

1. Вязкость масел существенно зависит от количества циклов тепловой обработки, причем в большей степени для

подсолнечного масла, что (как видно из (таб.1) и (Рис.1,2) область ^ ~ 3500 см ) связано с различием начального уровня полимеризации масел.

2. Из (Рис.1,2) также следует, что пики поглощения соответствующие основным молекулярным связям для рисового и подсолнечного масел совпадают, что говорит об их схожих составах.

3. Электронные спектры поглощения рис.3 указывают на увеличение поглощения и смещения его максимума в сторону более длинных волн, что связано с ростом степени полимеризации масла, т. е. увеличением размеров и массы молекул ассоциатов.

4. На дериватограмме (Рис.4) виден скачек теплоемкости полимерного осадка подсолнечного масла при температуре 1430 С. Такие скачки свойственны фазовым переходам. В данном случае можно говорить о фазовом переходе связанном с полимеризацией масла. При этой температуре в данном случае происходит интенсивный распад молекул ассоциатов на молекулы кислот в полимерном осадке.

В заключении можно отметить, что тепловая обработка и ее цикличность приводит к заметным изменениям в молекулярной структуре растительных масел, интенсификации полимеризационных и окислительных процессов и, как следствие, изменение физико-химических характеристик и качества масел. Измерения вязкости и спектров поглощения можно использовать для оценки степени полимеризации масла.

Литература

1. Смит А. Прикладная ИК спектроскопия. М.: Мир ,1982,328 с.

2. Дайер Д. Р. Приложение абсорбционной спектроскопии органических соединений. М.: Химия. 1970,163 с.

3. Злобин Л. А. Жиры, масла и производные продукты. М.: Высш. шк., 2005.- 768 c

4. Барсуков А.В., Перевозников Е.Н., Слугин В.В. Влияние тепловой обработки на молекулярные спектры и вязкость подсолнечных масел. Сб. научн. тр. СПбТЭИ. 2012, 135 с.

References

1. Smit A. Prikladnaya IK spektroskopiya. M.: Mir ,1982,328 s.

2. Dayyer D. R. Prilozheniye absorbtsionnoy spektroskopii organicheskikh soyedineniy. M.: Khimiya. 1970,163 s.

3. Zlobin L. A. Zhiry, masla i proizvodnyye produkty. M.: Vyssh. Shk., 2005.- 768 s.

4. Barsukov A.V., Perevoznikov Ye.N., Slugin V.V. Vliyaniye teplovoy obrabotki na molekulyarnyye spektry i vyazkost' podsolnechnykh masel. Sb. nauchn. tr. SPbTEI. 2012, 135 s.