Разработка способов оценки качества и идентификации высокоолеиновых подсолнечных масел на основе метода ядерно-магнитной релаксации

Масложировая промышленность занимает ведущее место среди отраслей перерабатывающих растительное сырье по объемам его переработки, многообразию и особенностям получаемой продукции, более 45% которой используется в питании населения. Значительная часть этого объема представлена растительными маслами, среди которых лидером является подсолнечное масло, так как в РФ наиболее распространенным масличным сырьем являются семена подсолнечника, а вырабатываемое из современных высокомасличных сортов семян подсолнечника масло отвечает основным требованиям, предъявляемым к пищевым растительным маслам по составу и свойствам.

В настоящее время масложировая отрасль столкнулась с рядом проблем, как общего, так и специфического характера, что привело к снижению объема выпуска продукции и стабильности ее качества.

Получить растительное масло высокого качества возможно при организации системы управления качеством, предусматривающей не только выявление недоброкачественной продукции, но и в большей степени, обеспечивающей предупреждение ее появления.

Существующие задачи отражены в федеральном законе «О качестве и безопасности пищевых продуктов», регулирующем отношения в области обеспечения качества продовольственного сырья, пищевых продуктов и их безопасности для здоровья человека.

Необходимость решения указанных задач в России связана с тем, что в условиях современного производства растительных масел, в том числе подсолнечных, как правило, отсутствует постоянный поставщик товарных семян, обеспечивающий их стабильность по основным показателям качества и безопасности.

Действие Государственной системы сертификации продовольственного сырья и пищевых продуктов обязывает введение идентификации, позволяющей на первой стадии отождествлять продукцию и подтверждать соответствие требованиям нормативных документов /1−4/.

Учитывая существующее многообразие сортов и гибридов семян подсолнечника, из которых получают масла, отличающиеся по жирно-кислотному составу триацилглицеринов (ТАГ) и другим показателям, способ идентификации позволит обеспечить выявление и подтверждение подлинности конкретного вида масла, а также его соответствие установленным требованиям. В результате такой экспертизы возможно предупреждение фальсификации продукта, подтверждение его качества и использование по назначению.

Для решения этих вопросов необходимы оперативные способы оценки качества и идентификации масел, обеспечивающие достаточную точность, максимальную сопоставимость и воспроизводимость результатов.

Одним из важнейших показателей качества высокоолеинового подсолнечного масла считается массовая доля олеиновой кислоты, обеспечивающего высокие потребительские свойства масла.

Наличие на рынке семян подсолнечника более ценных и дорогих высокоолеиновых сортов и гибридов остро поставило вопрос о необходимости разработки экспрессных способов идентификации и определении массовой доли олеиновой кислоты в составе триацилглицеринов (ТАГ) полученных из них масел.

Трудность фальсификации по идентифицирующим критериям такого объекта, как подсолнечные масла, может служить гарантией их надежности и достоверности качества. Особенно важно в качестве критерия идентификации выбрать такие характеристики, которые бессмысленно фальсифицировать.

Среди существующего многообразия физико-химических методов оценки соответствия и оценки качества наиболее рациональными являются методы на основе ядерного магнитного резонанса (ЯМР), обеспечивающие необходимые критерии идентификации, такие, как объективность и независимость от субъективных данных испытателя, в том числе его компетентности и учета интересов изготовителя или продавца.

На основе этого метода различными авторами были разработаны способы оценки качества промышленного сырья, сельскохозяйственной продукции, в том числе, и семян подсолнечника (Conway, Bauman, Watson, Harlan, Pausak, Bloch, Черницын, Кудрявцев, Скрипко, Кулеш, Чижик, Аспиотис, Прудников, Витюк и др.) /5−29/.

Однако, рассматриваемая проблема не нашла достаточно полного отражения в этих работах.

Таким образом, разработка способов идентификации и оценки качества высокоолеиновых подсолнечных масел с применением метода ЯМ-релаксации является актуальной и своевременной.

Цель диссертационной работы — разработка способов оценки качества и идентификации высокоолеиновых подсолнечных масел на основе метода ядерно-магнитной релаксации.

В задачу исследования входило:

— изучение, систематизация и анализ научно-технической литературы и патентной информации по теме исследования;

— исследование физико-химических показателей высокоолеиновых подсолнечных масел;

— исследование ядерно-магнитных релаксационных характеристик протонов триацилглицеринов высокоолеиновых подсолнечных масел;

— исследование влияния температуры на изменение времен спин-спиновой релаксации и амплитуды сигналов ЯМР протонов триацилглицеринов высокоолеиновых подсолнечных масел;

— исследование ЯМ-релаксационных характеристик триацилглицеринов высокоолеиновых подсолнечных масел с различным содержанием олеиновой кислоты;

— исследование влияния различных факторов на величину погрешности определения массовой доли олеиновой кислоты в триацилглицеринах высокоолеинового подсолнечного масла;

— разработка экспресс — способа определения массовой доли олеиновой кислоты в высокоолеиновых подсолнечных маслах;

— разработка экспресс — способа идентификации высокоолеиновых подсолнечных масел;

— оценка экономической эффективности от внедрения разработанных экспресс — способов определения массовой доли олеиновой кислоты и идентификации высокоолеиновых подсолнечных масел.

Научная новизна. Теоретически и экспериментально обоснована возможность и эффективность применения метода ядерно-магнитной релаксации для разработки способов оценки качества и идентификации высокоолеиновых подсолнечных масел. Впервые установлено, что амплитуды сигналов ЯМР первой (Ai) и второй (А2) компонент протонов триацилглицеринов высокоолеиновых подсолнечных масел зависят от массовой доли олеиновой кислоты в диапазоне температур от 10 до 40 °C, а амплитуда сигналов ЯМР третьей (А3) компоненты протонов триацилглицеринов масла в диапазоне температур 10−23°С практически не зависит от массовой доли олеиновой кислоты в высокоолеиновых подсолнечных маслах.

Выявлено, что с увеличением массовой доли олеиновой кислоты в высокоолеиновых подсолнечных маслах амплитуда сигналов ЯМР первой компоненты (Ai) — снижается, а амплитуда сигналов ЯМР второй компоненты (А2) протонов ТАГ масла возрастает, что, по-видимому, можно объяснить особенностями молекул ТАГ, находящихся в масле в виде индивидуальных молекул и ассоциатов различного состава и структуры.

Установлено, что с увеличением массовой доли олеиновой кислоты времена спин-спиновой релаксации первой (T2i) и второй (Т22) компонент протонов ТАГ масла уменьшаются в интервале температур 10−40°С, что обусловлено снижением подвижности, как индивидуальных молекул ТАГ, так и ассоциатов ТАГ, а время спин-спиновой релаксации протонов третьей компоненты (Т2з) не зависит от массовой доли олеиновой кислоты в масле.

Установлено, что влияние массовой доли олеиновой кислоты в ТАГ высокоолеинового подсолнечного масла наиболее значимо для времени спин-спиновой релаксации первой (T2i) компоненты при температуре 23 °C. Экспериментально обоснован выбор времени спин-спиновой релаксации протонов первой (Т2]) компоненты ТАГ высокоолеиновых подсолнечных масел в качестве аналитического параметра для их идентификации.

На основе экспериментальных данных получено уравнение температурной зависимости аналитического параметра T2i для высокоолеиновых подсолнечных масел с различной массовой долей олеиновой кислоты в ТАГ, что позволило разработать способ идентификации высокооолеиновых подсолнечных масел.

Практическая значимость. Разработаны экспресс — способы: — определения массовой доли олеиновой кислоты в высокоолеиновых подсолнечных маслах;

— идентификации высокооолеиновых подсолнечных масел в интервале температур 10−40°С.

Разработанные экспресс — способы характеризуются экологической чистотой и позволяют исключить применение токсичных химических реактивов.

Разработанные способы определения массовой доли олеиновой кислоты и идентификации высокоолеиновых подсолнечных масел на основе метода ядерно-магнитной релаксации приняты к внедрению во II квартале 2007 года на предприятиях ОАО «Кубаньмасложир».

Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанных экспресс-способов определения массовой доли олеиновой кислоты и идентификации высокоолеиновых подсолнечных масел в условиях ООО «Лабинский МЭЗ» составит более 1 млн. рублей в год.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертационной работы:

— результаты исследования ядерно-магнитных релаксационных характеристик протонов ТАГ высокоолеиновых подсолнечных масел;

— выявленные зависимости влияния массовой доли олеиновой кислоты на релаксационные характеристики протонов ТАГ высокоолеиновых подсолнечных масел;

— выявленные зависимости влияния объема анализируемой пробы масла на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты;

— выявленные закономерности влияния температуры пробы масла на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты;

— данные по влиянию сопутствующих веществ на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты в высокоолеиновых подсолнечных маслах;

— разработанный способ определения массовой доли олеиновой кислоты в высокоолеиновых подсолнечных маслахразработанный способ идентификации высокоолеиновых подсолнечных масел;

— результаты оценки экономической эффективности от внедрения разработанных способов.

ВЫВОДЫ.

На основании комплекса исследований влияния массовой доли олеиновой кислоты в высокоолеиновых подсолнечных маслах в интервале от 65 до 95% и температуры в диапазоне от 10 до 40 °C на значения амплитуд сигналов ЯМР и времен спин-спиновой релаксации протонов отдельных компонент спиновой системы триацилглицеринов высокоолеинового подсолнечного масла:

1. Установлено, что амплитуды сигналов ЯМР протонов первой компоненты ТАГ высокоолеинового подсолнечного масла (Ai) и протонов второй компоненты высокоолеинового подсолнечного масла (А2) зависят от массовой доли олеиновой кислоты в диапазоне температур от 10 до 40 °C, тогда как амплитуда сигналов ЯМР протонов третьей компоненты ТАГ (А3) не зависит от массовой доли олеиновой кислоты.

2. Установлено, что времена спин-спиновой релаксации протонов первой компоненты (T2i) и второй компоненты (Т22) ТАГ масла с увеличением массовой доли олеиновой кислоты в масле снижаются в исследуемом интервале температур, что обусловлено снижением подвижности, как индивидуальных молекул ТАГ, так и ассоциатов ТАГ, а время спин-спиновой релаксации протонов третьей компоненты (Т23) не зависит от массовой доли олеиновой кислоты.

3. Установлено, что влияние массовой доли олеиновой кислоты в высокоолеиновом подсолнечном масле наиболее значимо для времени спин-спиновой релаксации протонов первой компоненты (T2i) ТАГ масла при 23 °C, на основании чего экспериментально обоснован выбор времени спин-спиновой релаксации протонов первой компоненты (T2i) ТАГ масла в качестве аналитического параметра для разработки способа определения массовой доли олеиновой кислоты в высокоолеиновом подсолнечном масле.

4. Установлено, что изменение объема анализируемой пробы высокоолеинового подсолнечного масла в диапазоне от 5 до 30 см³ практически не приводит к изменению результата определения массовой доли олеиновой кислоты.

Установлено, что влияние сопутствующих ТАГ веществ в исследуемом диапазоне их содержания в масле на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты в высокоолеиновом подсолнечном масле с применением метода ЯМ-релаксации статистически незначимо.

5. Разработан экспресс — способ определения массовой доли олеиновой кислоты в высокоолеиновом подсолнечном масле, характеризующийся экологической чистотой и позволяющий исключить применение токсичных химических реактивов.

6. На основе выявленной температурной зависимости аналитического параметра Т2 для высокоолеиновых подсолнечных масел с различной массовой долей олеиновой кислоты разработан экспресс-способ их идентификации в широком диапазоне температур (10−40 С), позволяющий значительно сократить время идентификации, а также исключить применение токсичных химических реактивов.

7. Разработанные экспресс — способы оценки качества и идентификации высокоолеиновых подсолнечных масел на основе метода ядерно-магнитной релаксации приняты к внедрению на масложировых предприятиях ОАО «Кубаньмасложир».

Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанных экспресс — способов определения массовой доли олеиновой кислоты и идентификации высокоолеиновых подсолнечных масел в условиях ООО «Лабинский МЭЗ» составит более 1,0 млн. рублей в год.