Анализ растительного масла

Введение

Пищевые жиры я масла играют большую роль в питании человека. Обладая высокой энергетической способностью, они в значительной степени восполняют энергетические затраты организма. Кроме того, природные жиры богаты различными физиологически активными веществами: жирорастворимыми витаминами, пигментами, фосфатидами, стеринами. Они являются также носителями полиненасыщенных жирных кислот, выполняющих жизненно важные функции и входящих в состав мембранных структур клеток.

Природные жиры выделяют из животных и растительных тканей. Различный  жирнокислотный состав глицеридов этих жиров обусловливает различие их физико-химических свойств.

Основную долю растительных масел составляют жидкие масла, в  которых преобладают моно- и полиненасыщенные жирные кислоты. В зависимости от степени ненасыщенности жирных кислот, содержащихся в масле, различают высыхающие, полувысыхающие и невысыхающие масла.

Твердые растительные масла  с высоким содержанием насыщенных жирных кислот получают из плодов и семян тропических культур (какао-масло, кокосовое, пальмовое, пальмоядровое).

Пищевые растительные масла содержат ряд веществ, важных для жизнедеятельности  человеческого организма, причём организм не в состоянии синтезировать  эти вещества самостоятельно. К таким  веществам относятся, в частности:

• Линолевая кислота
• Линоленовая кислота
• Фосфолипиды

Первые два вещества — ненасыщенные жирные кислоты, необходимые организму для построения мембран клеток (в том числе — нервных клеток). Фосфолипиды являются основным компонентом мембран.

Многообразие ассортимента жиров и различные требования к их качеству в зависимости от назначения вызывают необходимость наряду с оценкой качества жиров по общей схеме определять дополнительные показатели для жиров специального назначения.

Показатели качества жиров  и масел регламентируются государственными и отраслевыми стандартами и техническими условиями. Например, качество подсолнечного масла регламентируется в соответствии с ГОСТ 1128—73, соевого — ГОСТ 7825—76, хлопкового — ГОСТ 1128—75, кукурузного — ГОСТ 8808—73 и т. д.

1. Растительные масла. Общие сведения

Растительные масла, растительные жиры — жиры, извлекаемые из плодов, семян, корней и других частей растений.

Растительные масла в основном (на 95—97 %) состоят из триглицеридов, оставшаяся часть приходится на воски и фосфатиды, а также свободные жирные кислоты, липохромы, токоферолы, витамины и другие вещества, сообщающие маслам окраску, вкус и запах.

 Масло растительное — это смесь триацилглицеринов высших жирных кислот и сопутствующих им веществ, извлекаемых из растительного масличного сырья.

Виды растительного масла:

• Подсолнечное масло получают из семян подсолнечника — однолетнего растения семейства астровых. В составе триглицеридов подсолнечного масла преобладают линолевая и олеиновая жирные кислоты.

Подсолнечное масло вырабатывают рафинированное, нерафинированное и  гидратированное.

• Хлопковое масло получают из семян однолетнего растения из семейства мальвовых. В составе триглицеридов хлопкового масла преобладают олеиновая, линолевая, пальмитиновая кислоты. Высокое содержание последней позволяет при охлаждении хлопкового масла получать хлопковый пальмитин, широко применяемый в маргариновом производстве.

Хлопковое масло вырабатывают рафинированное (нейтрализованное дезодорированное и  нейтрализованное недезодорированное) и нерафинированное

• Соевое масло получают из однолетнего травянистого растения семейства бобовых. В составе триглицеридов соевого масла преобладают линолевая и олеиновая кислоты.

Соевое масло вырабатывают гидратированное 1-го и 2-го сортов; рафинированное; рафинированное отбеленное, рафинированное дезодорированное.

Для пищевых целей используют масло  рафинированное дезодорированное, гидратированное 1-го сорта — прессовое.

• Арахисовое масло получают из плодов земляного ореха (семейство бобовых). В составе триглицеридов арахисового масла преобладают олеиновая, линолевая и пальмитиновая кислоты. Особенностью этого масла является наличие арахиновой и лигноцериновой кислот.

Арахисовое масло вырабатывают рафинированное — дезодорированное и недезодорированное, а также  нерафинированное высшего, 1-го сортов и техническое.

В пищу используют рафинированное дезодорированное масло.

• Горчичное масло получают из семян растения семейства крестоцветных. В составе нерафинированного горчичного масла преобладают олеиновая, линолевая и эруковая кислоты. Эруковая кислота характерна для всех растений семейства крестоцветных.

Горчичное масло выпускают нерафинированное высшего, 1-го и 2-го сортов.

• Рапсовое масло получают из семян рапса — растения семейства крестоцветных.

Рапсовое масло вырабатывают рафинированное: нейтрализованное дезодорированное и  нейтрализованное недезодорированное, а также нерафинированное 1-го и 2-го сортов. В пищу используют только рафинированное рапсовое масло.

• Кукурузное масло вырабатывают из зародышей кукурузы, получаемых в качестве отходов крупяного или крахмалопаточного производства. В составе триглицеридов кукурузного масла преобладают линолевая, олеиновая, пальмитиновая кислоты, это масло отличается также высоким содержанием токоферолов.

Кукурузное масло в зависимости  от способа обработки и показателей качества делят на виды и марки: нерафинированное, рафинированное недезодорированное, рафинированное дезодорированное марки Д (для производства продуктов детского и диетического питания) и марки П (для поставки в торговую сеть и на предприятия общественного питания).

• Оливковое масло вырабатывают из плодов оливкового дерева семейства маслиновых. В составе триглицеридов оливкового масла преобладают олеиновая, пальмитиновая и линолевая кислоты.
• Кокосовое масло получают из высушенной ядровой мякоти кокосового ореха (копры). В его составе преобладают лауриновая и миристиновая кислоты. Особенностью кокосового и пальмоядрового масла является высокое содержание низкомолекулярных насыщенных кислот.
• Масло какао получают из какао-бобов. В его составе преобладают насыщенные жирные кислоты (58—60%), в том числе пальмитиновая и стеариновая, из ненасыщенных (40—42%) главной является олеиновая кислота (40%).
• Пальмовое масло получают из мякоти плодов масличной пальмы. Оно содержит большое количество каротинов, поэтому окрашено в оранжево-красный цвет. В жирнокислотном составе преобладают олеиновая, пальмитиновая и линолевая кислоты.
• Пальмоядровое масло получают из ядра плодов масличной пальмы — пальмисты. В жирнокислотном составе преобладают лауриновая, олеиновая и миристиновая кислоты.

Основными способами получения  растительных масел являются отжим  (прессование) и  экстрагирование  (органическими растворителями, либо сжиженным углекислым газом).

• Отжим является традиционным методом получения растительных масел, в этой древнейшей технологии менялись со временем лишь приспособления: от каменных жерновов до современных гидравлических прессов.

В качестве сырья используются предварительно очищенные от шелухи, измельченные семена — мезга. Сырьё подвергается давлению в шнековом прессе, в результате чего получается масло и твёрдый остаток — жмых. Чаще используют прожаренные семена — обжарка повышает выход масла и придаёт ему приятный аромат.

• Более современным по сравнению с отжимом является дешёвый и быстрый метод, разработанный в 1870 году в Германии, и основанный на свойстве некоторых веществ растворять в себе жиры.

При экстрагировании предварительно очищенные от шелухи, измельченные и высушенные семена обрабатываются органическими растворителями (чаще всего, экстракционными бензинами (гексан) в специальных аппаратах — экстракторах. Обезжиренный твёрдый остаток (шрот) и растворённое масло (мисцелла) нуждаются в отгонке растворителя, для чего шрот подаётся в шнековый испаритель, а мисцелла — в дистиллятор. К недостаткам метода относится вероятность попадения химических соединений, использующихся в технологии получения масла (керосин) в конечный продукт. Применение углекислоты, находящейся в сверхкритическом состоянии, в качестве растворителя позволяет решить данную проблему.

2. Показатели качества растительных масел
1. Определение вкуса, запаха, цвета и прозрачности.

Эти показатели жиров и масел обусловливаются их природой (подсолнечное, кукурузное, коровье и т. д.) и способом их обработки. Нерафинированные растительные масла имеют хорошо выраженные вкус, запах и цвет, присущие плодам или семенам данной культуры. У нерафинированных масел допускается легкое помутнение над осадком. Масло рафинированное по полной схеме очистки (гидратация, нейтрализация, отбеливание, дезодорация) должно обладать вкусом обезличенного масла и не иметь запаха. Цветность нерафинированных и рафинированных растительных масел дает представление о количественном и качественном составе пигментного комплекса, выражается в условных единицах и может быть охарактеризована цветным числом в миллиграммах йода (для масел, имеющих в натуральном виде желтый цвет различной интенсивности) или количеством единиц красного цвета   при определенном   количестве единиц желтого цвета (для хлопкового нерафинированного и рафинированного масла). Определение цветности масел проводят по ГОСТ 5477—69.

Метод определения  цветного числа по шкале стандартных  растворов йода. Он основан на сравнении интенсивности окраски испытуемого масла с окраской разбавленных стандартных растворов йода.

Цветное число масла выражается количеством миллиграммов свободного йода, содержащегося в 100 см³ стандартного раствора йода, который имеет при одинаковой с маслом толщине слоя 1 см такую же интенсивность окраски, как испытуемое масло.

Техника определения — готовят цветную шкалу разбавленных растворов, применяя пробирки из бесцветного стекла с внутренним диаметром 10 мм. В бюксу с притертой крышкой отвешивают 0,26—0,27 г дважды возогнанного йода, а также удвоенное количество йодида калия и растворяют примерно в 1 см³ дистиллированной воды; раствор переносят в мерную колбу вместимостью 250 см³, доводят водой до метки и взбалтывают. Концентрацию приготовленного раствора йода устанавливают титрованием 0,01 н. раствором тиосульфата натрия в присутствии индикатора крахмала. После установления титра к приготовленному раствору прибавляют дистиллированную воду в таком количестве, чтобы в 100 см³ этого раствора содержалось точно 100 мг йода.

Для приготовления серии разбавленных стандартных растворов цветной шкалы (эталонов) в предварительно прокипяченные в 10%-ном растворе соляной кислоты и высушенные пробирки наливают пипеткой концентрированный стандартный раствор йода и добавляют из бюретки дистиллированную воду в .количестве, указанном в табл. 1.

Таблица 1

Пробирки с эталонами запаиваются и хранятся в темном месте. Для проведения анализа в чистую сухую пробирку наливают профильтрованное испытуемое масло и сравнивают интенсивность окраски масла с окраской стандартных растворов йода. Испытание ведут в проходящем и отраженном дневном свете или три свете матовой электрической лампочки. Цветное число масла принимают равным цветному числу эталона, имеющего одинаковую окраску с маслом.

Оценку качества пищевых  жиров и масел физико-химическими методами осуществляют по следующим показателям: содержанию массовой доли влаги, кислотности, (числу омыления, величине преломления и др.)

2. Определение массовой доли влаги.

Сущность методов определения массовой доли влаги в различных жирах и маслах сводится либо к высушиванию определенной для каждого вида масел навески до постоянной массы при температуре 100— 105 °С, либо нагреву масла при определенных температурных режимах до момента прекращения испарения влаги, о котором судят по отсутствию запотевания часового стекла, закрывающего в момент нагрева стаканчик с пробой. Первый из вышеназванных методов применяют для определения массовой доли влаги в маслах, в которых содержание ее низкое, например во всех растительных маслах, саломасах. Второй метод в основном используют для анализа коровьего масла и маргарина.

3. Определение кислотного числа.

 Кислотное число — это количество миллиграммов гидроксида калия, необходимое для нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в одном грамме масла или жира. Количество свободных жирных кислот в жире непостоянно и зависит от качества жирового сырья, способа получения масел и жиров, длительности и условий хранения и других факторов.

Кислотное число является одним из основных качественных показателей, характеризующих степень свежести жира, и регламентируется ГОСТами на все виды пищевых масел и жиров.

Определение кислотного числа осуществляют нейтрализацией свободных жирных кислот, содержащихся в навеске исследуемого жира, спиртовым раствором гидроксида натрия (ГОСТ 5476—80).

Техника определения —  в коническую колбу вместимостью 150—200 см³ отвешивают 3—5 г испытуемого масла с погрешностью 0,01 г, приливают 50 см³ нейтрализованной смеси этанола и этилового эфира (1:2) и взбалтывают содержимое. Если при этом масло не растворится, колбу подогревают на водяной бане и охлаждают до температуры 15—20 °С. Добавляют 3—5 капель 1 %-ного спиртового раствора фенолфталеина и при непрерывном перемешивании титруют пробу 0,1 н. спиртовым раствором гидроксида калия или натрия до появления слабо-розовой окраски, не исчезающей в течение 30 с.

Кислотное число (мг/г масла) рассчитывают по формуле

где а — количество 0,1 н. раствора NaОН или КОН, израсходованное на нейтрализацию свободных жирных кислот в массе навески жира, см³;

 К — поправочный коэффициент к 0,1 н. раствору гидроксида натрия или калия;

М— масса взятой для анализа навески, г.

Определение кислотного числа темных масел (солевой  метод). При определении затруднительно установить момент изменения окраски индикатора. В этом случае иcпользуют солевой метод. Особенностью метода является то, что растворитель жира не применяют. Для четкого разделения фаз вводят насыщенный нейтральный раствор хлористого натрия. Титрование проводят в присутствии спиртового раствора фенолфталеина. После связывания всех свободных жирных кислот избыточное количество щелочи переходит в раствор хлористого натрия и окрашивает его в розовый цвет. NaС1 подавляет процесс гидролиза мыла и устраняет возможность образования стойких эмульсий при титровании.

Техника определения  — в колбу вместимостью 300 см³ вносят навеску масла массой около 10 г, взятых с погрешностью ±0,01 г, приливают цилиндром 50—60 см³ насыщенного раствора NaС1 и 0,5 см³ 1%-ного спиртового раствора фенолфталеина. Колбу закрывают пробкой и встряхивают, затем оттитровывают содержимое 0,1 н. раствором КОН. При титровании встряхивание повторяют каждый раз после прибавления 4—5 капель гидроксида калия до тех пор, пока не исчезнет окраска нижнего слоя жидкости. В процессе титрования окраска должна изменяться медленно, поэтому к концу титрования встряхивания учащают. Титрование заканчивают, когда в нижнем солевом слое появится устойчивое розовое окрашивание, не исчезающее в течение 30 с. Расчет кислотного числа аналогичны приведенному выше.

4. Определение числа омыления.

 Число омыления равно  количеству миллиграммов гидроксида калия, необходимого для омыления глицеридов и нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в 1 г жира.

Этот показатель характеризует  общее количество свободных и  связанных жирных кислот, входящих в состав исследуемого жира. Величина числа омыления зависит от молекулярной массы жирных кислот в жире: более высокое значение числа омыления у жиров, в составе которых содержится больше низкомолекулярных жирных кислот, и наоборот, жиры с высоким содержанием высокомолекулярных .кислот имеют более низкое значение числа омыления. Величина числа омыления повышается в высококислотных жирах, поэтому нельзя сравнивать число омыления жиров с высоким кислотным числом с числом омыления нейтрального жира. Число омыления моно- и диглицеридов обычно ниже числа омыления соответствующего триглицерида.

Для жиров и масел одинаковой природы число омыления колеблется в незначительных пределах.

По величине числа омыления на производстве рассчитывают количество щелочи, требуемое для омыления жира, например, при рафинации масел, — в стадии нейтрализации.

Техника определения —  в колбу с пришлифованным воздушным  холодильником вместимостью 250—300 см³ отвешивают 2—3 г испытуемого масла, предварительно хорошо перемешанного и профильтрованного (точность взвешивания 0,0002 г). Приливают из бюретки 25 см³ 0,5 н. спиртового раствора гидроксида калия и, присоединив холодильник, выдерживают колбу на кипящей водяной бане в течение 1 ч, периодически взбалтывая содержимое и не допуская улетучивания спирта. Необходимо следить, чтобы раствор был погружен в бане ниже уровня кипящей воды. Одновременно в тех же условиях проводят контрольный опыт, выдерживая на кипящей водяной бане колбу с 25 см³ 0,5 н. спиртового раствора КОН. Содержимое  колбы после окончания омыления должно представлять собой прозрачный раствор без капелек жира.

Далее оттитровывают  содержимое обеих колб 0,5 н. раствором соляной кислоты, предварительно добавив индикатор (1%-ный спиртовой раствор фенолфталеина для светлых масел или тимолфталеина — для темных), до исчезновения окраски. Мыльный раствор основного опыта титруют горячим, слегка остывшим.

Число омыления рассчитывают по формуле 

где 28,05 — титр 0,5 г раствора КОН, мг/см;

 а —  количество 0,5 и. раствора HCl, израсходованное на титрование КОН в контрольном опыте, см³;

b — количество 0,5 и. раствора HCl, израсходованное на связывание непрореагировавшего (избыточного) КОН в основном опыте, см³;

 К —  поправочный коэффициент к 0,5 н. раствору HCl;

М — масса навески, г.

Допустимые расхождения  при параллельных определениях не должны превышать 0,1 мг КОН/г.

5. Определение показателя преломления.

 Показатель преломления является физичеcкой характеристикой жира, отражающей в значительной мере его природу, чистоту, жирнокислотный состав. Численные его значения для одних и тех же видов жиров и масел колеблются незначительно.

Измерение показателя преломления  проводят на рефрактометре ИРФ-22. Может быть использован также другой рефрактометр с gределом измерений в интервале показателя преломления исследуемого масла и обеспечивающий точность в соответствии с требованиями стандартов. Призмы рефрактометра темперируют водой с температурой: для жидких масел 20 °С, для твердых — 40 °С.

Техника определения— перед началом работы проверяют правильность установки прибора на нуль по дистиллированной воде. Затем откидывают верхнюю часть измерительной головки, промывают спиртом или дистиллированной водой поверхность измерительной и осветительной призм, удаляя следы жидкости фильтровальной бумагой. Оплавленным концом стеклянной палочки на поверхность измерительной призмы наносят 3—4 капли жидкости и осторожно опускают верхнюю часть измерительной головки на нижнюю, наблюдая в окно головки, чтобы жидкость заполнила зазор между призмами. Глядя   в  окуляр   зрительной трубы, осветительное зеркало устанавливают так, чтобы свет от источника через окно поступал в осветительную призму и равномерно освещал поле зрения. Вращая маховичок, добиваются появления в поле зрения границы светотени, которую подводят к центру - перекрестия сетки. Резкость границы светотени и штрихов шкалы для глаза. Наблюдателя устанавливают вращением гайки окуляра. Если граница светотени при измерении показателя преломления окажется расплывчатой, радужной, то вращением рукоятки компенсатора добиваются четкости этой границы и записывают показание шкалы. Целые, десятые, сотые и тысячные доли отсчитывают по шкале, а десятитысячные доли оценивают на глаз. Отсчет осуществляется 2—3 раза и берется среднее значение показателя преломления. Поверхность призм после проведения замера очищают ватой, сначала омоченной эфиром, затем сухой.

6. Определение йодного числа.

Йодное число — это показатель, характеризующий непредельность жирных кислот, входящих в состав жира.

Под йодным числом понимают количество граммов йода, присоединяющееся к 100 г жира.

По величине йодного числа жиров и масел судят об их способности к различным химическим превращениям, так как непредельные жирные кислоты могут присоединять кислород по месту разрыва двойных связей, обусловливая процессы прогоркания и высыхания жиров, йодное число применяют для определения жира, способности его к высыханию, расчета потребного количества водорода на его гидрогенизацию.

Определение йодного числа основано на способности непредельных жирных кислот присоединять молекулы галогена (хлор, бром, йод) в условиях, при которых эта реакция не сопровождается замещением водорода на галоген. На каждую, двойную связь расходуется одна молекула галогена. Реакция проходит по следующей схеме:

Где R₁ и R₂ — радикалы насыщенных жирных кислот.

Йодное число зависит от количества этиленовых связей в жирных кислотах: с их увеличением йодное число возрастает.

Для определения йодного  числа масел и жиров используют несколько методов, различающихся в основном галогенсодержащим реагентом, и условиями проведения опыта. Наибольшее распространение получили методы: Гюбля, Кауфмана, Вийса, Гануса, Вобурна. Три первых из перечисленных метода стандартизованы.

Определение йодного числа методом Гюбля. Применяют йодно-ртутный раствор, активной составной частью которого является хлорид йода (I), образующийся по уравнению:

Хлорид йода (I) присоединяется по месту двойных связей жирных кислот. Реакция идет по уравнению:

Остаток неприсоединившегося  хлорида йода определяют йодометрическим  методом, при этом предварительно в  реакционную смесь вводят йодид калия. В результате окислительно-восстановительной реакции между хлоридом йода (I) и йодидом калия образуется свободный йод, который оттитровывают тиосульфатом натрия:

Необходимые реактивы: реактив  Гюбля — 30 г хлорида ртути (II) растворяют в 500 см³ 96 %-ного этанола. К раствору приливают сПиртовой раствор йода (25 г I₂ в 500 см³ 96%-ного этанола). Смешивают оба раствора и выдерживают двое суток до момента использования.

Техника определения —  в коническую колбу с пришлифованной пробкой вносят навеску испытуемого масла, взвешенную с погрешностью 0,0002 г. Массу навески устанавливают в зависимости от предполагаемой величины йодного числа по табл. 2. Приливают из бюреток 10 см³ хлороформа и 25 см³ раствора Гюбля. Колбу закрывают пробкой, смоченной раствором йодида калия во избежание улетучивания йода. Содержимое колбы осторожно перемешивают вращением руки и оставляют в темном месте при температуре 20°С. Время настаивания испытуемого масла с йодно-ртутным раствором устанавливают в зависимости от ожидаемой величины йодного числа по табл. 2.                                                               Таблица 2

Одновременно в тех  же условиях ставят контрольный опыт (без масла). По окончании настаивания  в обе колбы приливают из бюретки 15—20 см³ 10%-яого йодида калия и по 100 см³ дистиллированной воды. Смесь тщательно взбалтывают и титруют 0,1 н. раствором тиосульфата yатрия до появления светло-желтой окраски. Затем добавляют пипеткой по 1 см³ 1 %-ного раствора крахмала и титруют до исчезновения сине-фиолетового окрашивания. Йодное число (в г на 100 г жира или в %) рассчитывается по формуле

где а — количество 0,1 н. раствора тиосульфата натрия, израсходованное на титрование контрольного опыта, см³;

b — количество 0,1 и. раствора Nа₂S₂О₃, израсходованное на титрование основного опыта, см³;

 К — поправочный коэффициент к 0,1 н. раствору Nа₂S₂О₃;

0,01269 — количество  йода, соответствующее 1 см³ 0,1 н. Nа₂S₂О₃, г;

М — масса навески жира, г.

Стандартные методы определения  йодного числа, обладая сравнительно высокой точностью, малоприемлемы в производственных условиях вследствие их длительности, необходимости наличия сложных токсичных и дефицитных реактивов, высокой квалификации выполняющего анализ. В этом отношении представляет большие удобства метод Маргошеса, по которому определение йодного числа осуществляется с помощью спиртового раствора йода.

Определение йодного числа методом Маргошеса. По точности получаемых результатов этот метод уступает стандартным методам. Сущность его основана на реакции непредельной кислоты жира с йодноватистой, кислотой, образующейся при взаимодействии йода с водой по уравнению:

Реакция жира с йодноватистой кислотой проходит следующим образом:

Остаток неприсоединившегося  йода оттитровывают тиосульфатом натрия.

Техника определения —  на предварительно взвешенное с погрешностью 0,0002 г часовое стекло наносят несколько капель (3—5) исследуемого жира и взвешивают. Опускают стекло с жиром в химический стакан и добавляют стократное (по объему) количество 96%-ного этанола. Желательно, чтобы масса жира находилась в пределах 0,2—0,3 г, тогда количество добавляемого спирта составит 20—30 см³. Смесь подогревают для лучшего растворения на водяной бане при температуре 45—50 °С, закрыв при этом стакан часовым стеклом или чашкой Петри и перемешивая содержимое круговыми движениями до получения однородного раствора (исчезновения жировых шариков). Далее отмеривают из бюретки 20 ом³ спиртового раствора йода (25 г кристаллического йода в 1 л 96%-ного этанола) и приливают цилиндром 200 см³ дистиллированной воды. При внесении воды смесь непрерывно перемешивают стеклянной палочкой, затем, закрыв стакан, оставляют :в покое на 5 мин, после чего оттитровывают избыток несвязавшегося с непредельными кислотами йода 0,1 н. раствором Ыа₂5₂0₃ в присутствии 1%-ного раствора крахмала. Параллельно проводят контрольный опыт (без жира) при сохранении всех условий основного опыта. Йодное число рассчитывают по формуле, приведенной в методе Гюбля.