Разработка инновационной технологии получения жидких лецитинов

На правах рукописи

ПАЩЕНКО Вячеслав Николаевич

Разработка инновационной технологии получения жидких лецитинов

Специальность: 05.18.06 – Технология жиров, эфирных масел и

парфюмерно-косметических продуктов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертационной работы

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар - 2013

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»

Научный руководитель:	доктор технических наук, профессор Герасименко Евгений Олегович
Официальные оппоненты:	Быкова Светлана Федоровна доктор технических наук, профессор, директор Северо-Кавказского филиала Всероссийского научно-исследовательского института жиров Красильников Валерий Николаевич доктор технических наук, профессор кафедры технологии и организации питания ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный торгово-экономический университет»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический

институт пищевой промышленности»

Защита состоится 2 июля 2013 года в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.03 при ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, аудитория Г 248

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»

Автореферат разослан 31 мая 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

канд. техн. наук, доцент М.В. Филенкова

1 общая характеристика работы

1.1 Актуальность работы. Одним из приоритетных направлений развития науки, техники и технологий в Российской Федерации является рациональное природопользование. Данное направление предусматривает использование высокотехнологичных процессов при переработке продовольственного сырья, а также эффективное использование вторичных ресурсов. Повышение эффективности переработки продовольственного сырья, а именно нерафинированных растительных масел, является важной и актуальной задачей.

При гидратации нерафинированных растительных масел, наряду с гидратированным маслом, получают фосфатидный концентрат, состоящий из фосфолипидов и триацилглицеринов. За рубежом фосфатидный концентрат выпускают под коммерческим названием «лецитин».

Современные пищевые технологии предусматривают использование лецитина (Е 322) в качестве технологической пищевой добавки (эмульгатора, инстанизатора, стабилизатора, разжижителя, водопоглотителя и др.) при производстве широкого спектра продуктов питания – майонезов, маргаринов, хлебобулочных изделий, шоколада, мясного фарша, колбас, сухих завтраков, детского питания и др.

Потребность предприятий пищевой отрасли России в лецитинах составляет в настоящее время около 11500 тонн в год, при этом объем их потребления постоянно возрастает.

Среди лецитинов, представленных на мировом рынке, превалирует продукция, получаемая из семян сои, более 90 % которой является генномодифицированной.

Выпускаемые отечественными предприятиями фосфатидные концентраты, значительное количество которых представлено подсолнечными, крайне редко соответствуют требованиям предъявляемым ГОСТ Р 53970-2010 «Добавки пищевые. Лецитины Е322. Общие технические условия», действующего в настоящее время. Основные несоответствия наблюдаются по таким показателям, как массовая доля веществ, нерастворимых в ацетоне; массовая доля веществ, нерастворимых в толуоле; цветное число; вязкость. Указанные показатели во многом определяют основные технологические свойства лецитинов, следовательно, несоответствие их значений регламентируемым требованиям ограничивает область применения фосфатидных концентратов.

Реорганизация сложившегося процесса переработки подсолнечных масел с переориентацией на производство высококачественных конкурентоспособных лецитинов в масштабах отрасли требует больших материальных и временных затрат.

Таким образом, перспективным является решение проблемы переработки фосфатидных концентратов, не удовлетворяющих установленным требованиям, с получением жидких конкурентоспособных лецитинов, соответствующих требованиям ГОСТ Р 53970-2010 «Добавки пищевые. Лецитины Е 322. Общие технические условия».

1.2 Цель работы: разработка инновационной технологии получения жидких лецитинов.

1.3 Основные задачи исследования:

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

- оценка показателей качества подсолнечных фосфатидных концентратов;

- научно-практическое обоснование технологических решений получения жидких лецитинов из фосфатидных концентратов;

- исследование способов снижения массовой доли веществ, нерастворимых в толуоле;

- исследование влияния физико-химических методов воздействия на гидратируемость фосфолипидов из мисцелл;

- определение эффективных режимов гидратации фосфолипидов в мисцелле;

- исследование влияния технологических режимов сушки на процесс удаления растворителя и влаги из фосфолипидной эмульсии;

- исследование структурно-реологических свойств жидких лецитинов и разработка режимов их кондиционирования по вязкости;

- разработка технологических режимов и структурной схемы получения жидких лецитинов;

- комплексная оценка физико-химических показателей качества, показателей безопасности, и технологически функциональных свойств жидких лецитинов, выработанных по разработанной технологии;

- оценка экономической эффективности разработанной технологии.

1.4 Научная новизна. Впервые исследована гидратируемость фосфолипидов в концентрированных мисцеллах, и разработаны способы интенсификации процесса гидратации таких мисцелл.

Впервые исследован гранулометрический состав и размеры частиц веществ, нерастворимых в толуоле, содержащихся в фосфатидных концентратах. Установлено, что мисцеллы фосфатидных концентратов в гексане в диапазоне концентраций до 25 % (в пересчете на фосфолипиды) представляют собой однородные легко фильтрующиеся жидкости.

Установлено что при обработке системы «неполярный растворитель –фосфолипиды - триацилглицерины» в постоянном электрическом поле происходит увеличение полярности молекул фосфолипидов, что обуславливает укрупнение ассоциатов фосфолипидов и проявляется в снижении электропроводности системы.

Установлено, что после прекращения обработки в электрическом поле происходит смещение динамического равновесия в сторону образования ассоциатов низких порядков, что проявляется в релаксации значений электропроводности системы до исходного значения.

Установлено, что обработка мисцелл фосфатидных концентратов в гексане в электрическом поле повышает гидратируемость фосфолипидов, при этом температура процесса гидратации в диапазоне от 20 до 60 0С практически не оказывает влияния на гидратируемость.

Показано, что в групповом составе фосфолипидов, полученных при гидратации мисцелл фосфатидных концентратов в гексане, наблюдается увеличение массовой доли наиболее полярных групп фосфолипидов - фосфатидилхолинов и фосфатидилэтаноламинов.

1.5 Практическая значимость. Разработана эффективная технология получения жидких лецитинов, соответствующих требованиям ГОСТ Р 53970-2010 «Добавки пищевые. Лецитины Е322. Общие технические условия».

Разработана технологическая инструкция на производство жидких лецитинов.

1.6 Реализация результатов исследования. Разработанная технология получения жидких лецитинов принята к внедрению на ООО «Ювикс-Фарм» в I квартале 2014 г.

Экономический эффект от внедрения разработанной технологии составит более 7,6 млн. руб. при переработке 960 тонн фосфатидных концентратов в год.

1.7 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на: Международной научно-практической конференции «Комплексное использование биоресурсов: малоотходные технологии», КНИИХП РАСХН, г. Краснодар, март 2010 г; Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Кадровое обеспечение развития инновационной деятельности в России», Ершово, октябрь 2010 г; Международной научно-практической конференции «Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья», ГНУ КНИИХП Россельхозакадемии, г. Геленджик, июнь 2011 г; Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области технических наук в рамках Всероссийского фестиваля науки, Московский институт дизайна и технологий г. Москва, август 2011 г; Научно-практической международной конференции «Масложировая индустрия 2011», г. Санкт-Петербург, октябрь, 2011 г, Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ студентов, аспирантов и молодых ученых по нескольким междисциплинарным направления, г. Новочеркасск, ноябрь 2011 г; 12-й научно-практической международной конференции «Масложировая индустрия 2012», г. Санкт-Петербург, 24-25 октября 2012 г; I Международном молодежном научном форуме «Молодая наука – 2013», посвященный году охраны окружающей среды, г. Туапсе, 19-20 апреля 2013 г.; IX Всероссийской школы-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Инноватика-2013» с международным участием, г. Томск, 23 – 26 апреля 2013 г.; II Международной научно-практической конференции «Теоретические и практические вопросы развития научной мысли в современном мире», г. Уфа, 29-30 апреля 2013 г.

1.8 Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 15 научных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

1.9 Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, методической части, экспериментальной части, выводов, списка литературы и приложений. Основная часть работы выполнена на 130 страницах машинописного текста, включает 19 таблиц и 27 рисунков. Список литературы включает 106 наименований, из них 13 на иностранных языках.

2 экспериментальная часть

2.1 Методы исследования. Физико-химические показатели жидких лецитинов определяли по ГОСТ Р 53970-2010 «Добавки пищевые. Лецитины Е322. Общие технические условия».

Технологически функциональные свойства – эмульгирующие, стабилизирующие, жиро- и водоудерживающую способности определяли по известным методикам.

Содержание токсичных элементов определяли согласно Методическим указаниям 08-47/136 «Продукты пищевые и продовольственное сырье. Инверсионно-вольтамперометрические методы определения содержания токсичных элементов».

Групповой состав фосфолипидов определяли методом тонкослойной хроматографии и сканирующей денситометрии.

Определение остаточного содержания гексана определяли по модифицированным Методическим рекомендациям № 01.024-07 «Газохроматографическое определение гексана…в водных вытяжках из материалов различного состава» на хроматографе «Кристалл 2000М» с плазменно-ионизационным детектором.

Размер ассоциатов фосфолипидов в мисцелле исследовали при помощи анализатора частиц Malvern Zetasizer Nano-S.

Электропроводность мисцелл определяли на модифицированном приборе АМДФ-1А.

Структурная схема исследования приведена на рисунке 1.

2.2 Характеристика объектов исследования. В качестве объектов исследования были выбраны образцы подсолнечных фосфатидных концентратов, выработанные на российских предприятиях ЮФО.

В таблице 1 представлена оценка соответствия физико-химических показателей образцов фосфатидных концентратов требованиям ТУ 9146-203-00334534-97 «Концентраты фосфатидные. Технические условия» и ГОСТ Р 53970-2010 «Добавки пищевые. Лецитины Е322. Общие технические условия».

Показано, что фосфатидные концентраты не соответствуют требованиям ГОСТ Р 53970-2010 по показателям: массовая доля веществ, нерастворимых в ацетоне; массовая доля веществ, нерастворимых в толуоле; цветное число; вязкость. для проведения дальнейших исследований использовали объединенную пробу образцов фосфатидных концентратов.

Рисунок 1 - Структурная схема исследования

Таблица 1 – Физико-химические показатели подсолнечных фосфатидных

концентратов

Наименование показателя	Значения показателя, определенно-го по ТУ	Требования ТУ 9146-203-00334534-97 (марка ПП-1)	Значения показателя, определенно-го по ГОСТ	Требования ГОСТ Р 53970-2010
Массовая доля, %: фосфатидов;	55,6-60,5	Не менее 60,0	Не определяется	-
масла;	38,1-47,4	Не более 40,0	Не определяется	-
веществ, нерастворимых в ацетоне;	Не определяется	-	55,9-61,6	Не менее 60,0
веществ, нерастворимых в этиловом эфире;	1,2-1,7	Не более 1,5	Не определяется	-
веществ, нерастворимых в толуоле;	Не определяется	-	1,1-1,6	Не более 0,3
влаги и летучих веществ.	0,7-1,8	Не более 1,0	0,7-1,8	Не более 1,0
Вязкость при 25 0С, Пас	Не определяется	-	12-25	Не более 12
Цветное число, мг йода	4,7-7,6	Не более 8,0	Не определяется	-
Цветное число 10 %-ного раствора в толуоле, мг йода	Не определяется	-	72-98	Не более 80
Кислотное число масла, выделенного из фосфатидного концентрата, мг КОН/г	3,5-6,5	Не более 10,0	Не определяется	-
Кислотное число, мг КОН/г	Не определяется	-	25,4-34,2	Не более 36,0
Перекисное число, ммоль активного кислорода / кг	2,4-6,8	Не более 10,0	2,4-6,8	Не более 10,0