На правах рукописи НАУМОВ Николай Николаевич И ИДЕНТИФИКАЦИИ ВЫСОКООЛЕИНОВЫХ ПОДСОЛНЕЧНЫХ
advertisement
На правах рукописи НАУМОВ Николай Николаевич РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА И ИДЕНТИФИКАЦИИ ВЫСОКООЛЕИНОВЫХ ПОДСОЛНЕЧНЫХ МАСЕЛ НА ОСНОВЕ МЕТОДА ЯДЕРНО-МАГНИТНОЙ РЕЛАКСАЦИИ Специальность: 05.18.15 - Товароведение пищевых продуктов и технология продуктов общественного питания АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Краснодар - 2007 Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом университете Научный руководитель: доктор технических наук, старший научный сотрудник Прудников Сергей Михайлович Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Щербаков Владимир Григорьевич; кандидат технических наук Багалий Татьяна Михайловна Ведущая организация: Северо-Кавказский филиал Всероссийского научно-исследовательского института жиров Россельхозакадемии Защита состоится 3 апреля 2007 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.03 при Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул.Московская,2 С диссертацией можно ознакомиться в государственного технологического университета библиотеке Кубанского Отзывы на автореферат, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, КубГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Автореферат разослан 2 марта 2007 г. Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент М.В. Жарко 1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 1.1 Актуальность темы. Масложировая промышленность занимает ведущее место среди отраслей, перерабатывающих растительное сырье по объемам его переработки, многообразию и особенностям получаемой продукции. Значительная часть этого объема представлена растительными маслами, среди которых лидером является подсолнечное масло, так как в РФ наиболее распространенным масличным сырьем являются семена подсолнечника. Наиболее перспективными на сегодняшний день являются сорта и гибриды семян подсолнечника с высоким содержанием олеиновой кислоты. Свойства масел, полученных из семян высокоолеиновых сортов и гибридов семян подсолнечника, аналогичны оливковому. Преобладание в составе жирных кислот олеиновой кислоты обеспечивает их устойчивость к окислению и определяет особую физиологическую ценность. Государственная предусматривает система сертификации предварительную их пищевых идентификацию с продуктов установлением тождественности характеристик продукции ее существенным признакам. Благодаря предупредить идентификации, фальсификацию появляется реальная высокоолеинового возможность подсолнечного масла, подтвердить его качество и использовать по назначению. В связи с этим актуальной является проблема создания способов оценки качества и идентификации обеспечивающих достаточную высокоолеиновых экспрессность, подсолнечных точность, масел, максимальную сопоставимость и воспроизводимость результатов. Диссертационная работа выполнялась в соответствии с НТП Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по технологии живых систем», раздел 1, тема: «Создание технологии и линии получения биологически активных добавок на основе фосфолипидов для производства диетических и лечебно-профилактических продуктов из семян подсолнечника современных типов», № госрегистрации 01200005462. Тематика исследований входила в план НИР КубГТУ (2004 - 2006 г.г.). 1.2 Цель работы. Целью настоящей работы является разработка способов оценки качества и идентификации высокоолеиновых подсолнечных масел на основе метода ядерно-магнитной релаксации. 1.3 Основные задачи исследования : - 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 спинспиновой 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. 1.4 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 (А1) и второй (А2) компонент протонов триацилглицеринов высокоолеиновых подсолнечных масел зависят от массовой доли олеиновой кислоты в диапазоне температур от 10 до 40С, а амплитуда сигналов ЯМР третьей (А3) компоненты протонов триацилглицеринов масла в диапазоне температур 10-230С 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 (А1) – 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 (Т21) и второй (Т22) компонент протонов ТАГ масла уменьшаются в интервале температур 10-400С, 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 в масле. Установлено, что влияние массовой доли олеиновой кислоты в ТАГ высокоолеинового подсолнечного масла наиболее значимо для времени спинспиновой релаксации первой (Т21) компоненты при температуре 230С. Экспериментально обоснован выбор времени спин-спиновой релаксации протонов первой (Т21) компоненты ТАГ высокоолеиновых подсолнечных масел в качестве аналитического параметра для их идентификации. На основе экспериментальных данных получено уравнение температурной зависимости аналитического параметра Т21 для высокоолеиновых подсолнечных масел с различной массовой долей олеиновой кислоты в ТАГ, что позволило разработать способ идентификации высокооолеиновых подсолнечных масел. 1.5 Практическая значимость. Разработаны экспресс – способы: - определения массовой доли олеиновой кислоты в высокоолеиновых подсолнечных маслах; - идентификации высокооолеиновых подсолнечных масел в интервале температур 10-400С. Разработанные экспресс - способы характеризуются экологической чистотой и позволяют исключить применение токсичных химических реактивов. 1.6 Реализация результатов исследования. 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 экспресс-способов экономический определения эффект массовой от внедрения доли разработанных олеиновой кислоты и идентификации высокоолеиновых подсолнечных масел в условиях ООО «Лабинский МЭЗ» составит более 1 млн. рублей в год. 1.7 Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученные автором доложены и обсуждены на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы качества и безопасности продовольственного сырья и пищевой продукции» 26-27 октября 2004 г., г. Краснодар; III Международной научно-практической конференции «Производственные технологии» 3 – 10 сентября 2005 г., г. Римини, Италия; Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Инновационные технологии в создании продуктов питания нового поколения» 1-3 декабря 2005 г., г. Краснодар; Научно-практической конференции, посвященной Юбилею кафедры биотехнологии, товароведения и управления качеством Кемеровского промышленности технологического «Современные приоритеты института пищевой питания, пищевой промышленности и торговли» 2006 г., г. Кемерово. 1.8 Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы 3 статьи, 4 тезиса докладов и получено 2 решения о выдаче патентов РФ на изобретения. 1.9 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, методической и экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 21 рисунок и 14 таблиц. Список литературы включает 101 наименование работ. 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 2.1 Методы исследования. Исследование химического состава и основных физико-химических показателей высокоолеиновых подсолнечных масел осуществляли по методикам, рекомендуемым ВНИИЖиров. Жирнокислотный состав исследуемых высокоолеиновых подсолнечных масел определяли методом газожидкостной хроматографии по ГОСТ Р 51483-99. Исследование ядерно-магнитных релаксационных характеристик протонов триацилглицеринов масла проводили с использованием импульсного метода Карра-Парселла-Мейбума-Гилла на ЯМР-релаксометре с управлением и обработкой результатов на базе персонального компьютера. Погрешность измерения амплитуд сигналов ЯМР (Аi) не более 0,1%, времен спин-спиновой релаксации протонов масла (Т2i) в диапазоне от 5 до 500 мс - не более 0,5%. При обработке результатов экспериментальных исследований применяли методы математического и физического моделирования; статистической обработки, интерполяции и корреляции анализа из пакета программ Mathcad.8 (Professional), Statistica 6.0 и Mathlab 5.1. Структурная схема исследования приведена на рисунке 1. 2.2 Характеристика объектов исследования. В качестве объектов исследования были взяты рафинированные дезодорированные, гидратированные и нерафинированные высокоолеиновые подсолнечные масла. В таблице 1 приведены основные показатели исследуемых образцов высокоолеиновых подсолнечных масел. Из приведенных в таблице 1 данных видно, что в анализируемых образцах наблюдается значительный диапазон колебаний основных физико-химических показателей качества, особенно это отмечено для таких показателей, как массовая доля олеиновой и линолевой кислот, содержание первой из которых является критерием идентификации подсолнечных масел на их принадлежность к высокоолеиновым. Анализ и систематизация 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 спинспиновой релаксации и амплитуды сигналов ЯМР протонов триацилглицеринов высокоолеинового подсолнечного масла Исследование ЯМ-релаксационных характеристик триацилглицеринов высокоолеинового подсолнечного масла с различной массовой долей олеиновой кислоты Исследование влияния различных факторов на величину погрешности определения массовой доли олеиновой кислоты в триацилглицеринах высокоолеинового подсолнечного масла Влияние объема анализируемой пробы масла Влияние температуры анализируемой пробы масла Разработка экспресс- способа определения массовой доли олеиновой кислоты в высокоолеиновом подсолнечном масле Влияние сопутствующих ТАГ липидов (фосфолипидов, влаги, свободных жирных кислот, неомыляемых липидов) 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 Рисунок 1 – Структурная схема исследования Таблица 1 – Физико-химические показатели исследуемых высокоолеиновых подсолнечных масел Значение показателя Наименование показателя Массовая доля, %: фосфолипидов 0,10-0,80 свободных жирных кислот 0,15-2,95 неомыляемых липидов 0,25-1,50 влаги 0,10-0,30 Массовая доля жирных кислот в ТАГ, % к общей сумме: олеиновая 65,00-92,42 линолевая 1,40-24,10 сумма насыщенных 6,20-15,88 2.3 Исследование ЯМ-релаксационных характеристик протонов триацилглицеринов высокоолеинового подсолнечного масла. Для исследования ядерно-магнитных релаксационных характеристик образцы масла отбирали по объему 10 см3, термостатировали в течение 1 часа и анализировали в интервале температур от 10 до 40С. Точность поддержания температуры в термостате ±0,2С. Ранее сигналов в работах С.М. Прудникова было установлено, что огибающая спинового эха протонов триацилглицеринов масла является суперпозицией трех экспонент, а процесс релаксации – многофазный процесс. Учитывая это, для подтверждения сложности процесса релаксации протонов триацилглицеринов масла исследовали влияние температуры на изменение ЯМ-релаксационных характеристик. Для описания процесса релаксации протонов триацилглицеринов масла было использовано уравнение: n t f (t ) Ai exp i 1 T2i , (1) где Аi – начальная амплитуда сигналов ЯМР i-компоненты, отн.ед.; Т2i - время спин-спиновой релаксации i-компоненты, мс; n – количество компонент в составе спин-спиновой системы; t- время в момент измерения значений текущих амплитуд сигналов ЯМР, мс. На рисунках 2 и 3 приведены данные по влиянию температуры на изменение значений релаксационных характеристик – времен спин-спиновой релаксации и амплитуд сигналов ЯМР протонов триацилглицеринов высокоолеинового подсолнечного масла. 210 Рисунок 2 Влияние температуры на изменение времен спин-спиновой релаксации протонов триацилглицеринов рафинированного дезодорированного высокоолеинового подсолнечного масла (массовая доля олеиновой кислоты 78,4 %): - первая компонента; - вторая компонента; - третья компонента Время спин-спиновой релаксации, Т2i, мс 180 150 120 90 60 30 0 10 0С 15 0С 23 0С 30 0С 40 0С Амплитуда сигналов ЯМР, Аi, % 60 Рисунок 3 Влияние температуры на изменение амплитуд сигналов ЯМР протонов триацилглицеринов рафинированного дезодорированного высокоолеинового подсолнечного масла (массовая доля олеиновой кислоты 78,4 %): - первая компонента; - вторая компонента; - третья компонента 50 40 30 20 10 0 10 0С 15 0С 23 0С 30 0С 40 0С Из приведенных на рисунках 2 и 3 диаграмм видно, что в интервале температур от 10 до 23 0С исследуемые системы представляют собой сумму трех компонент, а при температурах 300С и 400С – сумму двух компонент. Следует отметить, что времена спин-спиновой релаксации протонов первой и второй компоненты увеличивается с повышением температуры, а время спин-спиновой релаксации протонов третьей компоненты в диапазоне температур от 10 до 230С снижается. При температурах 30 и 40 0С третья компонента отсутствует. Из приведенных на рисунке 3 данных видно, что с ростом температуры от 100С до 400С значение амплитуды сигналов ЯМР протонов первой компоненты увеличивается вдвое, значение амплитуды сигналов ЯМР протонов второй компоненты в интервале температур от 10 до 230С увеличивается незначительно, а при температурах 30 и 400С значение амплитуд сигналов ЯМР протонов второй компоненты снижается по сравнению с этими показателями при температурах 10, 15 и 230С. Таким образом, при температурах 30 и 40 0 С преобладает первая компонента со значением времени спин-спиновой релаксации 165 и 202 мс соответственно. Многокомпонентный характер огибающей сигналов спинового эха протонов триацилглицеринов высокоолеинового подсолнечного масла объясняется тем, что триацилглицерины в высокоолеиновом подсолнечном масле находятся в различном структурном состоянии: в виде индивидуальных молекул, в виде ассоциатов низких порядков, а также в виде более сложных ассоциатов высоких порядков, образованных в результате Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий. На рисунке 4 приведены сравнительные данные, характеризующие времена спин-спиновой релаксации протонов триацилглицеринов масла в семенах высокоолеинового подсолнечника и протонов триацилглицеринов высокоолеинового подсолнечного масла. 140 Рисунок 4 - Времена спинспиновой релаксации протонов триацилглицеринов при температуре 23 0С: - в высокоолеиновом масле; - в масле семян высокоолеинового подсолнечника (массовая доля олеиновой кислоты в образцах 78,4 %) Время спин-спиновой релаксации, (Т2i), мс 120 100 80 60 40 20 0 Т21 Т22 Т23 Из приведенных данных видно, что времена спин-спиновой релаксации протонов первой и второй компонент триацилглицеринов высокоолеинового подсолнечного масла значительно выше этих показателей по сравнению с триацилглицеринами масла в высокоолеиновых семенах подсолнечника, а время спин-спиновой релаксации протонов третьей компоненты триацилглицеринов исследуемых образцов подтверждают тот отличается факт, что, незначительно. чем меньше Полученные степень данные связанности триацилглицеринов в исследуемых объектах, тем выше время релаксации протонов первой и второй компонент триацилглицеринов. 2.4 Разработка способа определения массовой доли олеиновой кислоты в высокоолеиновом подсолнечном масле. Для разработки способа определения массовой доли олеиновой кислоты в масле необходимо было исследовать влияние вариаций массовой доли олеиновой кислоты на амплитуду сигналов ЯМР-компонент и времена спин-спиновой релаксации протонов этих компонент, а также исследовать влияние различных факторов (объема и температуры пробы масла, содержания сопутствующих веществ в масле) на величину погрешности определения. 2.4.1 Исследование ЯМР-характеристик протонов триацилглицеринов высокоолеинового подсолнечного масла с различной массовой долей олеиновой кислоты. Для исследования влияния массовой доли олеиновой кислоты на ЯМ-релаксационные характеристики протонов триацилглицеринов рафинированного дезодорированного высокоолеинового масла определяли времена спин-спиновой релаксации Т2i протонов триацилглицеринов при 10, 23 и 400С (рисунки 5 – 6). 120 Т21 100 Т2i, мс 80 60 40 20 Т22 Т23 0 60 65 70 75 80 85 90 95 Массовая доля олеиновой кислоты, % Рисунок 5 - Зависимость времен спин-спиновой релаксации T2i протонов триацилглицеринов рафинированного дезодорированного высокоолеинового масла от массовой доли олеиновой кислоты при температуре образцов 10С Из приведенных графиков видно, что между временем спин-спиновой релаксации протонов первой и второй компонент и массовой долей олеиновой кислоты в триацилглицеринах высокоолеиновых подсолнечных масел имеется линейная зависимость, при этом значения времени спин-спиновой релаксации первой и второй компонент уменьшаются с увеличением массовой доли олеиновой кислоты. 160 240 Т21 140 Т21 200 160 100 80 Т2i, мс Т2i, мс 120 Т22 60 120 Т22 80 40 Т23 20 40 0 0 60 65 70 75 80 85 90 Массовая доля олеиновой кислоты, % 95 60 65 70 75 80 85 90 95 Массовая доля олеиновой кислоты, % а) б) Рисунок 6 - Зависимость времен спин-спиновой релаксации T2i протонов триацилглицеринов рафинированного дезодорированного высокоолеинового подсолнечного масла от массовой доли олеиновой кислоты при температуре: 23С (а); 40С (б) Следует отметить, что при температурах 10 и 23С времена спинспиновой релаксации протонов третьей компоненты практически не зависят от массовой доли олеиновой кислоты. При температуре 40С наблюдаются только две компоненты, при этом зависимость времен Т21 и Т22 от массовой доли олеиновой кислоты в триацилглицеринах высокоолеинового подсолнечного масла имеет такой же характер, как и при температурах 10 и 23˚С. Установлено, что самое высокое значение коэффициента корреляции (0,993) при линейной аппроксимации наблюдается для зависимости времен спин-спиновой релаксации протонов первой компоненты (Т21) триацилглицеринов рафинированного дезодорированного высокоолеинового подсолнечного масла от массовой доли олеиновой кислоты при температуре 23˚С. Зависимость времен спин-спиновой релаксации протонов первой компоненты (Т21) триацилглицеринов высокоолеинового подсолнечного масла имеет линейный характер в широком интервале массовой доли олеиновой кислоты и является наиболее оптимальным аналитическим параметром для определения массовой доли олеиновой кислоты. Таким образом, в качестве аналитического параметра при определении массовой доли олеиновой кислоты в высокоолеиновом подсолнечном масле с применением метода ЯМ-релаксации целесообразно использовать время спинспиновой релаксации протонов первой компоненты Т21 триацилглицеринов масла. 2.4.2 Влияние различных факторов на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты. На величину погрешности определения массовой доли олеиновой кислоты могут оказывать влияние следующие факторы – объем и температура анализируемой пробы масла, а также присутствие и содержание сопутствующих триацилглицеринам веществ в масле. Предварительными опытами выявлено, что влияние объема пробы в интервале от 5 до 30 см3 практически не приводит к изменению измеренного значения массовой доли олеиновой кислоты. Учитывая это, нами был выбран объем пробы масла 5 см3. К основным факторам, влияющим на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты, наряду с объемом пробы масла, относится и температура пробы. На рисунке 7 приведены графические зависимости влияния температуры исследуемых образцов на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты в масле. Из приведенных на рисунке 7 данных видно, что изменение температуры пробы масла на 1С приводит к изменению измеренного значения массовой доли олеиновой кислоты в масле на 0,5% абс. При поддержании температуры с точностью ±0,2С погрешность измерения составляет не более ±0,1% олеиновой кислоты. В результате исследования влияния массовой доли влаги в анализируемых маслах на величину погрешности определения массовой доли олеиновой кислоты с применением метода ЯМ-релаксации было установлено, что содержание влаги в диапазоне от 0,1 до 0,3 % не приводит к появлению погрешности. Массовая доля олеиновой кислоты, % 100 Рисунок 7 – Влияние температуры на результаты 3 определения массовой доли олеиновой кислоты в масле: 2 Примечание: массовая доля олеиновой кислоты, определенная при температуре 23 0С: 1 1 -68,5 %; 2 – 78,4 %; 3 – 90,0 % 90 80 70 60 50 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 0 Температура пробы масла, С В таблицах 2 - 4 приведены данные по влиянию содержания свободных жирных кислот, фосфолипидов и неомыляемых веществ в высокоолеиновом подсолнечном масле на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты. Таблица 2 - Влияние содержания свободных жирных кислот в высокоолеиновом подсолнечном масле на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты Модельные Массовая доля олеиновой системы с кислоты, % Среднеквадратическое Систематическая содержанием отклонение, ошибка, свободных σ Δ ГЖХ ЯМР жирных кислот, % 0,15 68,5 67,9 0,9 -0,6 0,50 68,5 67,8 0,8 -0,7 0,75 78,4 79,0 0,9 +0,6 1,25 78,4 79,1 0,9 +0,7 1,50 90,0 90,7 1,0 +0,7 2,95 90,0 90,6 0,8 +0,7 Результаты, полученные на модельных системах, были подтверждены на реальных образцах нерафинированных и гидратированных высокоолеиновых подсолнечных масел. Таблица 3 Влияние - содержания фосфолипидов в высокоолеиновом подсолнечном масле на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты Модельные системы с содержанием фосфолипидов, % Массовая доля Среднеквадратическое олеиновой кислоты, отклонение, % σ ГЖХ ЯМР Систематическая ошибка, Δ 0,10 68,5 68,7 0,6 +0,2 0,15 78,4 78,6 0,5 +1,2 0,30 78,4 78,1 0,4 -0,3 0,39 68,5 68,8 0,6 +0,3 0,53 90,0 85,5 0,7 -0,5 0,65 90,0 85,5 0,6 -0,5 0,70 68,5 69,0 0,7 +0,5 0,79 78,4 77,9 0,8 -0,5 Таблица 4 - Влияние содержания неомыляемых веществ в высокоолеиновом подсолнечном масле на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты Модельные системы с содержанием неомыляемых липидов, % Массовая доля олеиновой кислоты, % 0,25 0,42 0,60 0,80 0,95 1,25 1,50 ГЖХ ЯМР 68,5 78,4 90,0 68,5 78,4 90,0 68,5 68,6 78,6 90,2 68,8 78,8 90,3 68,7 Среднеквадратичное отклонение, σ Систематическая ошибка, Δ 0,4 0,4 0,5 0,4 0,4 0,5 0,4 +0,1 +0,2 +0,2 +0,3 +0,4 +0,3 +0,2 В таблице 5 приведены основные характеристики разработанного способа определения массовой доли олеиновой кислоты в высокоолеиновом подсолнечном масле. Таблица 5 – Основные характеристики способа определения массовой доли олеиновой кислоты в высокоолеиновом подсолнечном масле Значение характеристики Наименование характеристики ГЖХ ЯМР Диапазон измерения массовой доли олеиновой кислоты, % 0÷100 60 95 Диапазон содержания свободных жирных кислот в не масле, % нормируется 0,15÷3,00 Диапазон содержания фосфолипидов в масле, % не 0,100,80 нормируется Диапазон содержания неомыляемых веществ в не масле, % нормируется 0,25-1,50 3 Объем анализируемой пробы масла , см 51,0 0 Температура анализируемой пробы масла , С 230,2 Время проведения анализа, минут 180 2 Систематическая составляющая погрешности измерения, %, не более ±1,0 Среднеквадратическое отклонение случайной составляющей погрешности измерения, %, не более 1,0 Допускаемое относительное расхождение между результатами последовательных определений, % к среднему значению показателя, не более 7,0 5,0 На рисунке 8 приведена зависимость массовой доли олеиновой кислоты в высокоолеиновом подсолнечном масле от времени спин-спиновой релаксации протонов первой компоненты триацилглицеринов масла, на основании которой определяют массовую долю олеиновой кислоты. Массовая доля олеиновой кислоты (Рол.), % 100 Рисунок 8 –Зависимость массовой доли олеиновой кислоты в высокоолеиновом подсолнечном масле (Рол.) от времени спин-спиновой релаксации протонов первой компоненты (Т21) триацилглицеринов масла при температуре 230С 90 80 70 60 50 0 120 125 130 135 140 145 150 155 Время спин-спиновой релаксации, мс (Т21) Рол. = 233,40 – 1,11· Т21 , (2) где Т21 – время спин-спиновой релаксации протонов первой компоненты триацилглицеринов высокоолеинового подсолнечного масла, мс; Рол.– массовая доля олеиновой кислоты в триацилглицеринах идентификации высоколеиновых высокоолеинового подсолнечного масла, %. 2.5 Разработка способа подсолнечных масел. На основании экспериментальных данных, полученных при исследовании ЯМ-релаксационных характеристик протонов триацилглицеринов высокоолеиновых подсолнечных масел при различных температурах, можно выделить область значений времен спин-спиновой релаксации Т21, которая характерна для высокоолеиновых подсолнечных масел (массовая доля олеиновой кислоты более 70 %). На рисунке 9 приведена зависимость значений времен спин-спиновой релаксации протонов первой компоненты триацилглицеринов высокоолеиновых подсолнечных масел от температуры. Рисунок 190 180 Т21, мс 170 160 150 140 130 120 0 10 15 20 25 30 35 40 9 - Зависимость значений времен спин-спиновой релаксации Т21 протонов первой компоненты триацилглицеринов от температуры для идентификации высоколеиновых подсолнечных масел в интервале температур 10-40 0С; - область высокоолеиновых подсолнечных масел Температура анализируемой пробы масла, 0С Учитывая, что высокоолеиновыми считаются подсолнечные масла, в триацилглицеринах которых массовая доля олеиновой кислоты превышает 70%, на основании зависимостей, приведенных на рисунке 9, были сформулированы условия для идентификации высокоолеиновых подсолнечных масел: Т21 (Т21)70% = 2,2· t +102 , (3) где (Т21)70% - время спин-спиновой релаксации протонов первой компоненты триацилглицеринов высокоолеиновых подсолнечных масел с массовой долей олеиновой кислоты 70%; t – температура анализируемой пробы масла, 0С. На основании полученных результатов разработана методика идентификации высокоолеинового подсолнечного масла с применением метода ЯМ-релаксации, которая включает следующие этапы. На первом этапе осуществляют вычисление параметров уравнения для условия идентификации высокоолеиновых подсолнечных масел по содержанию олеиновой кислоты. Для этого отбирают не менее 5 проб масла с массовой долей олеиновой кислоты 701%, определенной методом газожидкостной хроматографии. Каждую пробу масла анализируют на импульсном ЯМРанализаторе в диапазоне температур от 10 до 40С через каждые 5С. Точность поддержания температуры ±0,2C. При заданной температуре для каждой пробы масла измеряют времена спин-спиновой релаксации протонов первой компоненты триацилглицеринов масла и находят среднее значение Т21. По полученным данным методом наименьших квадратов определяют численные значения коэффициентов в уравнении. На втором этапе осуществляют идентификацию масла. Для этого отбирают пробу масла, измеряют ее температуру, опускают в датчик импульсного ЯМР-анализатора и измеряют ядерно-магнитные релаксационные характеристики протонов первой компоненты триацилглицеринов масла. Идентификацию осуществляют с учетом температуры анализируемой пробы и измеренному значению времени спин - спиновой релаксации Т21. В таблице идентификации 6 приведена сравнительная характеристика высокоолеиновых подсолнечных масел способа с применением газожидкостной хроматографии и разработанного способа с применением ЯМ-релаксации. Таблица 6 - Сравнительная характеристика способов идентификации высокоолеиновых подсолнечных масел Наименование характеристики Время реализации способа, минут Расход химических реактивов на 1 пробу масла: серный эфир, см3 метанол, см3 окись кальция, г гексан, см3 натрий металлический, г азот газообразный водород гелий сжатый аргон газообразный кислород 150 250 30 10 1,2 + + + + + Отсутствует Характеристики и значение показателя Способ ГЖХ разработанный 180 2 В отличие от разработанного способа определения массовой доли олеиновой кислоты в высокоолеиновом подсолнечном масле, способ идентификации высокоолеиновых подсолнечных масел на основе метода ЯМрелаксации может осуществляться в широком интервале температур от 10 до 40С, что имеет важное практическое значение для оперативной экспертизы и идентификации. 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 40С на значения амплитуд сигналов ЯМР и времен спин-спиновой релаксации протонов отдельных компонент спиновой системы триацилглицеринов масла: 1. Установлено, что амплитуды сигналов ЯМР протонов первой компоненты ТАГ высокоолеинового подсолнечного масла (А1) и протонов второй компоненты высокоолеинового подсолнечного масла (А2) зависят от массовой доли олеиновой кислоты в диапазоне температур от 10 до 40С, 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 (Т21) 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 спинспиновой релаксации протонов первой компоненты (Т21) ТАГ масла при 230С, на основании чего экспериментально обоснован выбор времени спин-спиновой релаксации протонов первой компоненты (Т21) 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. олеиновой Разработан кислоты характеризующийся экспресс в - способ определения высокоолеиновом массовой подсолнечном доли масле, экологической чистотой и позволяющий исключить применение токсичных химических реактивов. 6. На основе выявленной температурной зависимости аналитического параметра Т21 для высокоолеиновых подсолнечных масел с различной массовой долей олеиновой кислоты разработан экспресс-способ их идентификации в широком диапазоне температур (10-400С), 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. Основное содержание диссертации изложено в следующих работах: 1. Наумов Н.Н. Разработка способа определения содержания олеиновой кислоты в триацилглицеринах масла семян подсолнечника / Наумов Н.Н., Прудников С.М., Украинцева И.И., Жирова Е.В. // Известия вузов. Пищевая технология – 2006 г. - № 2-3. - С. 96- 97. 2. Наумов Н.Н. Оценка экономической эффективности эскспрессспособа идентификации растительных масел на основе метода ядерномагнитной релаксации / Наумов Н.Н., Прудников М.С., Блягоз А.И., Лобанов А.В., Сакун Г.В., Кабалина Е.В.// Известия вузов. Пищевая технология – 2006 г. № 6. - С.81 – 83. 3. Наумов Н.Н. Исследование влияния температуры на ЯМрелаксационные характеристики растительных масел / Наумов Н.Н., Кабалина Е.В., Блягоз А.И., Прудников С.М., Илларионова В.В. // Известия вузов. Пищевая технология – 2007 г. - № 1. – С. 87-88. 4. Наумов Н.Н. Научно-практическое обоснование способа идентификации и оценка качества масличных семян и продуктов их переработки на основе метода ЯМР / Наумов Н.Н., Прудников С.М., Витюк Б.Я., Корнена Е.П., Блягоз А.И. // Сборник научных трудов, посвященных Юбилею кафедры биотехнологии, товароведения и управления качеством Кемеровского технологического института пищевой промышленности «Современные приоритеты питания, пищевой промышленности и торговли» – Кузбассвузиздат - Кемерово-Москва. – 2006 г. - С.124-137. 5. Способ определения массовой доли олеиновой кислоты в растительном масле. Решение о выдаче патента РФ по заявке № 2006127799 от 31.07.06 г. / Прудников С.М., Наумов Н.Н. и др. 6. Способ идентификации высокоолеинового подсолнечного масла Решение о выдаче патента РФ по заявке № 2006127727 от 31.07.06 г. / Прудников С.М., Наумов Н.Н. и др. 7. Наумов Н.Н. Применение метода ядерно-магнитной релаксации для идентификации растительных масел / Наумов Н.Н., Прудников С.М., Блягоз А.И., Качеров М.А. // Материалы III Международной научно-практической конференции «Производственные технологии», г. Римини, Италия, 2005 г. – С.28-29. 8. Наумов Н.Н. Идентификация масла семян льна и высокоолеинового подсолнечника на основе метода ЯМ-релаксации / Наумов Н.Н., Прудников С.М., Блягоз А.И., Фингерман М.А. // Материалы Всероссийской научнопрактической конференции с международным участием «Инновационные технологии в создании продуктов питания нового поколения», г. Краснодар, 2005г. - С.193-195. 9. Наумов Н.Н. Экспресс-способ идентификации растительных масел на основе метода ядерно-магнитной релаксации / Наумов Н.Н., Прудников С.М., Блягоз А.И., Кабалина Е.В. // Материалы IV Международной научнопрактической конференции «Приоритеты и научное обеспечение реализации государственной политики здорового питания в России», г. Орел, 2006 г. – С. 30-35.
