Хімічні та фізичні властивості рослинних олій та методи їх дослідження

МІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

КИЇВСЬКИЙ ТОРГОВЕЛЬНО-ЕКОНОМІЧНИЙ  УНІВЕРСИТЕТ

 

 

Кафедра товарознавства та експертизи харчових продуктів

Кафедра інженерно-технічних  дисциплін

 

 

 

 

 

КУРСОВА РОБОТА

 

 

із дисциплін “Фізика та методи дослідження сировини і матеріалів”

й “Хімія та методи дослідження сировини і  матеріалів”

на тему

“Хімічні  та фізичні властивості рослинних олій та методи їх дослідження”

 

 

 

Студентки 1 курсу 1 групи

 денної форми  навчання

товарознавчого  факультету

Нелепи Оксани Миколаївни

Наукові керівники :

доктор хім. наук, професор

Геваза  Юрій  Іванович,

доцент кафедри  інженерно-технічних дис.

Форостяна Нінель Петрівна

 

 

 

 

Київ  2012

 

ЗМІСТ

Вступ…………………………………………………………………………………………3

Розділ 1. Огляд літератури………………………………………………………………...5

Розділ 2. Хімічні властивості і методи досліджень…………………………………….12

2.1. Хімічні властивості рослинних жирів………………………………………………12

2.1.1.Гідроліз чи омилення жирів………………………………………………………....12

2.1.2. Гідрогенізація жирів………………………………………………………………....13

2.1.3.Окиснення жирів………………………………………………………………………14

2.1.4. Хімічні показники, що характеризують якість жирів………………………………15

2.1.5. Хімічні показники, що характеризують ненасиченість жирних кислот жирів….17

2.1.6. Хімічні показники, що характеризують кількість летких та

 нелетких жирних кислот……………………………………………………………………18

2.1.7. Інші хімічні показники, що характеризують вміст всіх жирних кислот, а також зв'язаних в тригліцериди……………………………………………………………………18

2.2. Хімічні методи дослідження рослинних жирів……………………………………19

2.2.1. Метод визначення стійкості до окиснення рослинних олій…………….19

           2.2.2. Визначення кислотного числа……………………………………………...25

           2.2.3. Визначення йодного числа…………………………………………………30

Розділ 3. Фізичні властивості і методи досліджень……………………………………34

3.1Фізичні властивості рослинних жирів……………………………………………….34

3.2Фізичні методи дослідження рослинних жирів……………………………………..39

3.2.1Метод визначення вмісту вологи та летких речовин……………………………..39

3.2.2Метод визначення точки плавлення у відкритому капілярі (точка плину)………41

3.2.3Рефрактометричний метод визначення показника заломлення олій…………….43

Висновки та пропозиції………………………………………………………………...50

Список використаної літератури......................................................................................52

Додатки…………………………………………………………………………………….54

 

 

ВСТУП

Для підготовки майбутніх товарознавців має  велике значення вивчення курсів “Фізика та методи дослідження сировини і матеріалів” і “Хімія та методи дослідження сировини і матеріалів”, також теоретичне вивчення та практичне оволодіння методами аналітичної хімії. Великого значення набули хімічні та фізико-хімічні процеси, які відіграють важливу роль при переробці, зберіганні продуктів. Кожен товарознавець у своїх практичних роботах стикається з методами визначення показників якості продовольчих товарів, які в свою чергу включають фізичні та хімічні методи.

Темою моєї курсової роботи я обрала хімічні та фізичні властивості рослинних олій і методи їх дослідження. На сьогоднішній день ця тема є досить актуальною. Оскільки жири й олії - найважливіші поживні речовини для людей. Вони містять найбільш концентровану енергію (9ккал/г) будь-якого харчового продукту, забезпечують організм незамінними жирними кислотами, виконують роль переносників жиророзчинних вітамінів, поліпшують смак їжі й посилюють відчуття ситості після їжі. Жири не лише формують структуру продуктів, а й можуть відігравати вирішальну роль у створенні їх смаку й запаху, сприяють збереженню смаку їжі свіжим якомога довше. Харчові жири, що надходять в організм людини, забезпечують 80-90% його потреб в енергії. [1]. Саме тому об’єктом своїх досліджень я обрала  рослинні олії. Популярність рослинних олій обумовлена передусім тим, що вони являються основним джерелом вітамінів А, Д і Е, а також володіють високим вмістом жиру. Питома вага рослинних олій у загальній структурі жирів у раціоні населення земної кулі перевищує 45 %. Зростаючий попит населення і висока рентабельність виробництва сприяють неухильному зростанню ринку жирів. Крім того, розширюється асортимент олійно-жирової продукції.[2] Тому предметом моїх досліджень є фізичні і хімічні властивості рослинних олій.

Завданням моєї курсової роботи є описати хімічні і  фізичні властивості рослинних  жирів та методи їх досліджень.

Метою курсової роботи є визначення фізичних та хімічних властивостей рослинних жирів, проведення методів дослідження якості та харчової цінності, поліпшення споживчих властивостей рослинних жирів.

 

РОЗДІЛ 1. Огляд літератури

 

Хімічний склад жирів

Вперше будова жиру була з'ясована в 1811 р. французьким ученим Шеврелем, а в 1854 р. французьким ученим Бертло був синтезований жир при нагріванні гліцерину з високомолекулярними кислотами.

В органічній хімії терміном "жири" називають  гліцериди - сполуки, що становлять складні  ефіри гліцерину та жирних кислот. У хімії жирів - тригліцериди, тобто сполуки гліцерину з трьома молекулами жирних кислот.

Власне  жири (тригліцериди), речовини їм супутні, а також низка інших речовин, походження яких не пов'язано із жирами, об’єднують під загальною назвою ліпіди.

Ліпіди (від грец. lipos - жир) - це група речовин, різних за хімічним складом та за структурою, але загальними властивостями яких є нерозчинність у воді (гідрофобність) та здатність розчинятися в органічних розчинниках. Ліпіди широко розповсюджені у природі. Вегетативні частини рослин накопичують до 5% ліпідів, насіння - до 50% і більше.

Згідно  із найбільш розповсюдженою класифікаією C.H. Тютюнникова ліпіди поділяють  на прості (які не містять фосфор, азот) - гліцериди, церини, цероли, вуглеводні жирного ряду та складні (які містять фосфор, азот, інколи сірку) - фосфатиди, глікозидоліпіди, ліпопротеїди та циклічні - стероли та їх ефіри з високомолекулярними кислотами. [3]

Тригліцериди

Основними структурними компонентами тригліцеридів є триатомний спирт гліцерин і жирні кислоти. Тригліцериди - це складні ефіри вищеназваних складових. Вони мають загальну формулу:

CH₂OCОR

|

COOCOR

|

CH₂OCOR,

 

де R - радикал жирної кислоти.

Власне  тригліцериди не мають смаку та запаху, вони - безбарвні. Забарвлення, запах та смак жирів обумовлюється наявністю у них супутніх речовин: барвних речовин, вуглеводів, спиртів, фосфатидів та ін. Тригліцериди не розчиняються у воді, але добре розчиняються в ефірі, бензині, хлороформі тощо. Останню властивість використовують для вилучення жирів з сировини за допомогою органічних розчинників (спосіб екстрагування), а також для розчинення проб жирів з метою визначення деяких хімічних показників (кислотне число, перекисне число та ін.).

До складу природних  тригліцеридів входять залишки насичених кислот (пальмітинової C₁₅H₃₁COOH, стеаринової C₁₇H₃₅COOH) і ненасичених (олеїнової C₁₇H₃₃COOH, лінолевої C₁₇H₂₉COOH).

Гліцерин

Гліцерин - триатомний спирт C₂H₅(OH)_3, складова натуральних жирів – тригліцеридів. На його частку припадає 10-15% молекулярної маси тригліцеридів.

Жирні кислоти

Фізичні і хімічні властивості тригліцеридів визначаються складом, структурою і розташуванням у молекулі жирних кислот. На їх частку припадає до 90% молекулярної маси тригліцеридів і вони визначають їх харчову цінність.

Жири натурального походження містять значну кількість  різноманітних жирних кислот. Жирні  кислоти бувають насиченими і  ненасиченими, з подвійним і потрійним  зв'язками.

Насичені жирні кислоти. Загальна формула цих кислот C_nH_2n+1COOH (C_nH_2nO₂). У харчових жирах містяться в основному такі насичені жирні кислоти: масляна, каприлова, капронова, лауринова, міристинова, пальмітинова, маргаринова, стеаринова, арахісова.

Ненасичені жирні кислоти - розповсюджені в природі найбільш широко. Нерідко вони становлять 90% від загальної кількості в жирі (рослинні олії).

Загальна формула  ненасичених жирних кислот С_nН_2n+mСООH, де величина m − число подвійних зв'язків в молекулі кислоти. В жирах містяться в основному такі ненасичені жирні кислоти : олеїнова, лінолева, ліноленова, арахідонова, клупанодонова, ерукова, низинова.

Ненасичені жирні кислоти - лінолева, ліноленова та арахідонова - незамінні есенційні жирні кислоти. Вони регулюють ліпідний обмін, нормальний розвиток організму; обумовлюють стійкість і еластичність кровоносних судин; знижують чутливість до впливу ультрафіолетового і радіаційного опромінення і забезпечують низку інших функцій організму. Коли їх бракує, порушується ліпідний обмін і, як наслідок, розвивається атеросклероз. Основним джерелом незамінних жирних кислот є саме рослинні олії.

Речовини, супутні тригліцеридам

В рослинних  оліях супутніх речовин 3-4%. У жирах  містяться такі супутні тригліцеридам  речовини: вільні жирні кислоти; фосфатиди (фосфогліцериди (до складу молекули входить спирт гліцерин), фосфоінозитиди (спирт інозитол), фосфофінгозини (аміноспирт сфингозин); воски; стерини (ситостерин С₂₉Н₄₉ОН, стигмастерин C₂₉Н₄₇OH); барвні речовини(каротиноїди, хлорофіл, госсипол та їх похідні); вітаміни(А , Д, Е, К); інші речовини. Крім цих сполук у процесі видалення жирів та їх рафінації до них можуть потрапити різні механічні домішки: мінеральні речовини, часточки макухи і шроту, а також залишки розчинника і мила, та ін.

Вище  перераховані речовини по-різному впливають  на харчову цінність, якість і зберігання олій. Одні з них підвищують харчову цінність (вітаміни, фосфатиди), інші - погіршують (вільні жирні кислоти, воски). Деякі супутні речовини є токсичними (госипол, алкалоїди, глікозиди).

Види рослинних жирів та способи їх одержання

Види  олії у межах найменування формуються у процесі очищення сирої олії, вилученої з сировини. Олії виготовляють із насіння олійних культур, зародків зерна кукурудзи, деяких плодів та ін. За консистенцією вони бувають рідкі і тверді. В рідких оліях, порівняно з твердими, міститься більше поліненасичених жирних кислот. Рідкі олії умовно поділяють на три типи: тип соняшникової (соняшникова, соєва, кукурудзяна, бавовникова), тип маслинової (маслинова, гірчична, ріпакова, арахісова), тип лляної (лляна, конопляна). Тверді олії є двох різновидів - з леткими жирними кислотами і без них. До першого різновиду належить кокосова олія, до другого -пальмова і пальмоядрова. Тверду або мазку консистенцію цим оліям надають насичені жирні кислоти, які переважають у них.

  Залежно від способів обробки  випускають олію нерафіновану, гідратовану,  рафіновану, рафіновану невідбілену  (соєву), рафіновану дезодоровану.

Олія, яка вивільнена із сировини, має  механічні домішки, а також супутні речовини (білкові, слизисті, ароматичні, барвні). Тому вона, залежно від призначення, підлягає частковому або повному очищенню.

При виготовленні нерафінованої олії використовують тільки фільтрування або відстоювання. В ній містяться майже всі супутні речовини. Біологічна цінність такої олії висока. Смак, запах і забарвлення нерафінованої олії притаманні сировині, з якої вона видалена.

Гідратовану олію одержують шляхом фільтрування та оброблення розпиленою гарячою водою. Біологічна цінність олії нижча, ніж  нерафінованої. Вона містить менше  фосфоліпідів, вітамінів та інших біологічно активних речовин. Смак, запах та забарвлення гідратованої олії нагадують нерафіновану.

Для рафінованої олії характерною операцією, крім названих вище, є лужна нейтралізація  та вибілювання (знебарвлювання). Якщо таку олію обробляють ще гострою парою у вакуум-апаратах, то вона носить назву рафінованої дезодорованої. Рафінована недезодорована і рафінована дезодорована олії знебарвлені, прозорі, не мутніють. В них відсутні майже всі фосфатиди, каротиноїди та інші біологічно активні речовини. Особливо це стосується дезодорованої олії. Рафінована дезодорована олія на відміну від недезодорованої, не має смаку і запаху.

З метою відокремлення  олії з сировини використовують пресування під високим тиском або екстрагування органічними розчинниками (бензином, гексаном та ін.). У багатьох випадках ці способи йдуть один за одним: спочатку проводять пресування, потім екстрагування. [5]

1) пресовий - пресування нагрітих рослинних насінь під тиском;

Пресовим способом вилучають  олію з сировини на шнекових пресах під високим тиском (до 30Мпа). За класичною технологією насіння звільняють від оболонок (лузги, плівок, стулок тощо), пропускають через вальці й одержують м'ятку, яку зволожують до вмісту 10-12% води, підігрівають до температури 80°С. Подрібнення насіння, підігрівання і зволоження м'ятки сприяють виділенню олії під час пресування

2) екстракційний - розчинення жирів у хімічних розчинниках з наступним їхнім витягом. Екстракційний спосіб ґрунтується на розчинності олії в органічних розчинниках (бензині, гексані, пентані). Частіше використовують низькокиплячий (до 70°С) бензин. Цей спосіб є більш досконалим і економічним, але має негативні особливості: високу пожежо- і вибухонебезпечність виробництва, складність очищення олії від розчинників, необхідність глибокого рафінування, для якого не завжди є відповідне обладнання. Останнім часом у нашій державі та інших країнах вчені-дослідники рекомендують використовувати замість зазначених органічних розчинників зріджений вуглекислий газ СО₂, якому притаманні унікальні властивості. Він безпечний для здоров'я робітників, дешевий, має високий коефіцієнт дифузії, низьку в'язкість, інертний, пожежонебезпечний, не бактеріологічний, проявляє деякі бактерицидні властивості, не містить шкідливих домішок, не забруднює навколишнє середовище. Крім цього, він має низьку температуру дистиляції, повністю видаляється з продукту. Все це дає можливість отримати олії високої харчової, біологічної цінності та якості. Загальна схема виробництва рослинних олій показана в Додатку А. [4]