Лекция 6. Растительные масла.

Основные виды жировых продуктов, используемых в пищевой промышленности и питании, - растительные липиды (растительные жирные масла), получаемые из масличных растений, а также продукты их переработки: маргариновая продукция, майонез и другие, и животные жиры: свиной, говяжий и бараний жир (табл. 1).

Таблица 1. Характеристика основных видов жиров и масел, имеющих промышленное значение.

Масла и жиры	Содержание и сос-тав жирных кис- лот, %			Характеристика
	насы-щенных		ненасы-щенных	темпера-тура зас-тывания,оС	число омыления	иодное число
Масла
Соевое	14-20		75-86	0-18	191-193	120-140
Хлопковое	22-30		75-76	2-4	191-198	101-116
Подсолнечное	10-12		До 90	16-18	186-194	119-136
Рапсовое	2-6		94-98	0-10	167-181	94-103
Оливковое	9-18		82-91	0-6	185-200	72-89
Кокосовое	До 90		10	16-25	251-264	7-12
Пальмовое	44-57		43-56	31-41	196-210	52-58
Пальмоядровое	79-83		17-21	19-24	240-257	15-20
Масло-какао	58-60		40-42	21-27	192-196	34-36
Льняное	6-9		91-94	18-27	191-195	175-190
Животные жиры
Говяжий		45-60	43-52	30-38	190-200	32-47
Бараний		52-62	38-48	32-45	192-198	31-46
Свиной		33-49	48-64	22-32	193-200	46-66
Китовый		10-22	48-90		181-193	100-161

Главным источником получения растительных пищевых масел являются соя, подсолнечник, арахис, хлопчатник, пальма, рапс, маслины, лен, клещевина, а также маслосодержащие отходы пищевых производств — отруби, зародыши злаков, фруктовые косточки

Современная технология предусматривает комплексную переработку масличного сырья с извлечением всех ценных компонентов (липидов, белков и др.) и их последующей переработкой в разнообразные продукты питания или пищевые добавки.

Технология получения растительных масел, применяемая в настоящее время на масложировых предприятиях, включает извлечение масла (прессование и экстракция), его очистку (рафинация) и переработку.

Существует несколько технологических приемов для извлечения масла: прессование, экстракция органическими растворителями (гексан, бензин) и сочетание этих методов.

Извлечение масла прессованием — способ, известный с глубокой древности. С развитием техники меняются приспособления и машины, с помощью которых он осуществляется: от камней и каменных чаш до современных непрерывно действующих шнековых прессов различных конструкций. Процесс осуществляется при значительном давлении (до 30МПа) за очень короткое время (75-225сек). Однако этим способом невозможно выделить все масло, которое содержится в масличных семенах, масличность жмыха достигает 4—8%. Поэтому этот способ часто применяют для предварительного извлечения масла (форпрессование). Масличность жмыха, полученного на форпрессах, составляет 15—18%. Дальнейшее его извлечение проводят экстракцией неполярными органическими растворителями, главным образом экстракционным бензином.

Экстракционный способ является наиболее эффективным способом, позволяющим извлечь практически все липиды.

При хранении семян на масложировых предприятиях, подготовке маслосодержащего материала к извлечению масла и маслодобывании (прессование, экстракция) в липидном комплексе протекают сложные химические и биохимические процессы: гидролиз и окисление триацилглицеринов, их термический распад, высвобождение связанных с белками и углеводами липидов, образование новых разнообразных липид-белковых и липид-углеводных комплексов. Меняется и белковый комплекс, идет денатурация белков, гидролитические процессы, меняется их питательная ценность. Все это существенно влияет на ход технологического процесса и качество получаемых продуктов. Их интенсивность зависит от состава липидов, влажности, температуры, характера механических воздействий.

После прессования или экстракции сырые растительные масла подвергаются дальнейшей обработке для удаления содержащихся примесей, так как они снижают качество, затрудняют сохранность и последующую переработку. Главные из них - механические примеси (частицы мезги, жмыха) и сопутствующие жирам вещества (фосфолипиды, воски, красящие вещества, продукты гидролиза и окисления липидов). Механические примеси удаляют отстаиванием, центрифугированием, фильтрацией, а сопутствующие вещества — в ходе более глубокой очистки (рафинации).

Рафинация масел. Как уже указывалось, «сырые» масла кроме запасных липидов (ацилглицеринов) содержат и другие группы липидов (фосфолипиды, воски), а также продукты гидролиза и окисления липидов и вещества, определяющие цвет, запах и вкус масел. Из масличного сырья при извлечении жира в него могут переходить ядохимикаты (пестициды и гербициды и т. д.), полициклические ароматические углеводороды.

Одни из перечисленных компонентов повышают пищевую и физиологическую ценность жиров и масел (фосфолипиды, жирорастворимые витамины, каротиноиды и др.), но затрудняют проведение последующих операций, другие — снижают его качество, а некоторые (ядохимикаты, полициклические углеводороды) крайне нежелательны для организма человека. Процесс удаления этих соединений из жиров и масел получил название рафинации. Цель рафинации — получение масел и жиров, состоящих главным образом из ацилглицеринов (глицеридов). |

Осуществляя рафинацию, следует помнить, что глицеридный состав должен оставаться в нативном виде, не претерпевая изменений.

Рафинация масла начинается с водной обработки — гидратации. Ее задача — извлечение гидрофильных соединений, в первую, очередь фосфолипидов. Их содержание в масле невелико(1—2%), однако, обладая эмульгирующими свойствами, фосфолипиды повышают устойчивость образующихся на последующих этапах рафинации эмульсий, затрудняя отделение ненужных компонентов, осложняя его переработку, выпадают в осадок и легко разлагаются при хранении масла. При гидратации (взаимодействие с водой) молекулы фосфолипидов набухают и коагулируют. На практике гидратацию проводят следующим образом. Масло при нагревании (температура гидратации 45—70 °С) и интенсивном перемешивании смешивают с необходимым количеством воды (1—6%). Смесь выдерживают для обеспечения коагуляции фосфолипидов (фосфатидов) и отделяют фосфатидную эмульсию от гидратированного масла. Высушенные под вакуумом до влажности 90% фосфатиды являются товарным продуктом, а гидратированное масло направляется на переработку или на продажу (после высушивания).

Фосфатиды являются ценным пищевым и кормовым продуктом. Они применяются в хлебопечении, кондитерской и других областях пищевой промышленности.

Гидратированное масло направляется на дальнейшую переработку, охлаждается до 10—12°С (вымораживание) для удаления восков и воскоподобных веществ, которые, имея высокую (35—80°С) температуру плавления, образуют в масле стойкую взвесь кристаллов (“сетка”), ухудшающую его товарный вид. Выпавшие в осадок воски удаляют фильтрацией.

Растительные масла содержат свободные жирные кислоты, перешедшие в масло из семян и образовавшиеся при его гидролизе, они ухудшают его пищевое достоинство. Содержание свободных жирных кислот в маслах, предназначенных для пищевых целей, должно быть ограниченным. Основной способ снижения содержания жирных кислот в масле – щелочная нейтрализация водными растворами щелочей, при которой образуются соли жирных кислот – мыла, выпадающие в осадок:

RCOOH + NaOH ————> RCOONa + Н₂O

Образовавшиеся при нейтрализации мыльные растворы получили название соапстоков. Механизм щелочной рафинации сложен, ее эффективность зависит от многих факторов: вида масла, кислотного числа, избытка щелочи, ее концентрации, технологии нейтрализации. Температура нейтрализации 85—90°С.

Для удаления из нейтрализованного, промытого и высушенного масла жирорастворимых пигментов (каротиноидов, хлорофиллов и др.) проводят при нагревании (75—80°С) его адсорбционную рафинацию или отбеливание, используя специальные обработанные отбеливающие бентонитовые глины, содержащие алюмосиликаты или активированные угли.

Отбелка масла сопровождается процессами изомеризации, среди жирных кислот растительных масел появляются кислоты с сопряженными двойными связями:

—СН₂—СН=СН—СН₂—СН=СН— ————>

фрагмент жирной кислоты

————> —СН₂—СН=СН—СН=СН—СН₂—

Содержащие их растительные масла обладают повышенной склонностью к окислению. Завершающая стадия рафинации - дезодорация – удаление с помощью острого водяного пара при повышенных температурах (230–265°С) и разряжении (остаточное давление 0,1–0,4кПа) одорирующих веществ (низкомолекулярные кислоты, альдегиды и кетоны, эфирные масла), определяющих вкус и запах, т.е. масло по вкусовым качествам после дезодорации становится обезличенным. При дезодорации из масел удаляются и вредные примеси: полициклические углеводороды, являющиеся канцерогенными веществами, ядохимикаты и др. Это особенно необходимо для масел, используемых непосредственно в питании, в маргариновом и консервном производствах.

Используемые в пищевой промышленности и питании растительные масла в зависимости от вида масла и его назначения могут быть рафинированными по полной схеме или частично: недезодорированными, гидратированными, и нерафинированными. В питании используют нерафинированное подсолнечное масло высшего и I сортов, полученное прессовым способом. Масло, полученное экстракционным способом, применяют для пищевых целей только рафинированным.

Ресурсы твердых и полутвердых жиров ограничены и не могут удовлетворить потребности ряда отраслей пищевой промышленности и населения. Существует несколько приемов превращения жидких масел и жиров в полутвердые и твердые. Рассмотрим основные: гидрогенизацию и переэтерификацию.

Гидрогенизация жиров. Задача гидрогенизации жиров и масел — целенаправленное изменение жирнокислотного, а следовательно, и ацилглицеринового состава присоединением водорода в присутствии катализатора к остаткам ненасыщенных жирных кислот, входящих в состав ацилглицеринов. В результате изменяются состав и свойства последних. Образующиеся продукты (саломасы) обладают повышенной по сравнению с исходными продуктами температурой плавления, твердостью, большей стойкостью к окислению.

Одновременно с главным процессом — насыщением водородом двойных связей — происходят побочные: миграция двойных связей в остатках жирных кислот вдоль углеродной цепи, транс-изомеризация, частичная переэтерификация. Побочные процессы оказывают значительное влияние на температуру плавления и твердость получаемых саломасов и приводят к появлению ряда нежелательных в питании веществ. Следовательно, гидрирование жиров — это совокупность ряда химических превращений, идущих с участием водорода и катализатора. Основные из них:

1. Гидрирование двойных связей в остатках жирных кислот, входящих в молекулы ацилглицеринов:

Н₂, катализатор

—СН₂—СН=СН—СН₂— → —СН₂—СН₂—СН₂—СН₂—

Оно идет ступенчато, т.е. более ненасыщенные остатки жирных кислот последовательно превращаются в менее ненасыщенные:

С18(3) + Н₂ → С18(2) + Н₂ → С18(1) + Н₂ → С18(0)

линоленовая линолевая олеиновая стеариновая

кислота кислота кислота кислота

(3 двойные связи) (2 двойные связи) (1 двойная связь) (насыщенная)

Селективность (избирательность) гидрирования объясняется большей скоростью гидрирования более ненасыщенных жирных кислот (например, линолевой по сравнению с олеиновой).

Природа катализатора и температура гидрирования существенно влияют на этот процесс.

2.Миграция двойных связей вдоль углеродной цепи, приводящая к образованию позиционных изомеров:

—СН₂—СН=СН—СН₂— → —СН₂—СН₂—СН=СН—

3.Изменение пространственной конфигурации остатков жирных кислот, входящих в состав ацилглицеринов (цис-транс-изомеризация ):

—СН₂ СН₂— —СН₂

| | |

НC===СН ←→ НC====СН

|

СН₂—

цис–форма транс–форма

Миграция двойных связей вдоль углеродной цепи и изменение его пространственной конфигурации связано с особенностями механизма гидрирования линолевой кислоты — основного структурного компонента большинства природных растительных масел, поступающих на гидрогенизацию (соевое, подсолнечное, хлопковое, рапсовое). В результате этих процессов до 60% мононенасыщенных кислот в саломасах могут находиться в транс- форме. Накопление транс- и позиционных изомеров существенно влияет на свойства гидрированных жиров, приводит к повышению температуры их плавления и твердости. Однако появление в пищевых продуктах транс- и позиционных изомеров нежелательно с точки зрения современных требований науки о питании. При гидрогенизации может происходить и частичная переэтерификация.

Другим приемом, позволяющим изменять молекулярный (ацилглицериновый) состав исходного жира или жировой смеси, не изменяя его жирнокислотного состава, является переэтерификация.

Переэтерифицируют в основном смеси высокоплавких жиров (животные жиры, пальмовое масло, гидрированные жиры) с жидкими растительными маслами для получения пищевых жиров. Из катализаторов, позволяющих осуществить переэтерификацию, чаще всего используют порошкообразные этилат или метилат натрия. Температура переэтерификации 80—90°С. Полученные продукты не содержат в отличие от саломасов, полученных при гидрогенизации транс- и позиционных изомеров кислот, отличаются высоким содержанием ненасыщенных кислот, а следовательно, повышенной пищевой ценностью.

Производство маргарина и маргариновой продукции. В настоящее время созданы жировые продукты, которые не только не уступают по своей энергетической, пищевой и физиологической ценности растительному маслу и молочному жиру, но в ряде показателей превосходят ее. Обычно эти виды продуктов объединяют термином маргариновая продукция. Различают собственно маргарины (эмульсии жира, молока и воды) с различным (от 40 до 82%) содержанием жира, и кондитерские, хлебопекарные, кулинарные жиры, содержащие до 99,5% жира, которые обладают специальными технологическими свойствами.

Маргарин — физико-химическая система, один из компонентов которой — вода (дисперсная фаза) распределен в другом — масле (дисперсионная среда) в виде мельчайших капелек, образуя эмульсию типа «вода в масле» (В—М). По полярности жидкости дисперсной фазы и дисперсионной среды эмульсии делят на два типа: первый тип — эмульсии масло в воде (М—В), они получили название прямых эмульсий или эмульсий первого рода, и второй тип — эмульсии вода в масле (В—М), их называют обратными эмульсиями или эмульсиями второго рода. Следовательно, маргарины — это обратные эмульсии или эмульсии второго рода.

По своей консистенции маргарины — застывшие (твердые, пластичные) эмульсии. По своим свойствам они напоминают сливочное масло, но содержат большее количество полиненасыщенных жирных кислот. В состав маргарина в различных соотношениях входят: рафинированное растительное масло (подсолнечное, соевое, хлопковое и др.), твердые растительные масла, пищевые саломасы, переэтерифицированные и животные жиры. Эти компоненты получили название жировой основы маргарина. Кроме этого, в маргарин входят молоко (в натуральном виде или сквашенное) для придания ему вкуса и аромата сливочного масла, соль, пищевые красители и ароматизаторы, консерванты, сахар, жирорастворимые витамины и другие добавки. Обязательным компонентом маргарина, обеспечивающим его агрегативную устойчивость, являются стабилизаторы-эмульгаторы (пищевые поверхностно-активные вещества — ПАВ). Молекулы ПАВ дифильны, т.е. состоят из гидрофильных и гидрофобных частей. Их эффективность зависит от сбалансированности этих групп. Используют в качестве эмульгаторов (ПАВ): Т-1 — смесь моно- и диглицеридов жирных кислот, ТФ — смесь моно- и диглицеридов (Т-1) и фосфолипидов и другие.

Получение маргарина начинается с подготовки жировой и водно-молочной фаз, так как его пищевое достоинство и технологические свойства в первую очередь зависят от физико-химических и структурно-механических свойств, а следовательно, от состава жировой основы. Важнейшие ее показатели — температура плавления (она не должна превышать 30°С), твердость, пластичность, состав жирных кислот. Жировая основа с определенным составом и свойствами должна состоять из нескольких видов саломасов с различной температурой плавления, жидких и твердых растительных масел, переэтерифицированных жиров. В подогретую до 40—50°С жировую основу вводят нежировые компоненты: красители, витамины, эмульгаторы, ароматизаторы. Для получения водно-молочной фазы сквашивают пастеризованное молоко с помощью молочнокислых заквасок.

Биологическое сквашивание дает возможность получить продукт с выраженным молочнокислым вкусом и ароматом, сметанообразной консистенции и определенной кислотности. Аромат квашеного молока во многом определяется присутствием диацетила СН₃СОСОСН₃ и ацетоина СН₃СНОНСОСН₃. В водно-молочную среду добавляют водорастворимые компоненты: соль, сахар, консерванты и др. Подготовленные фазы смешиваются и эмульгируются. Полученная «грубая» эмульсия поступает в эмульгатор для получения «тонкой» эмульсии с размером частиц 6—15мкм, последняя поступает в переохладитель (температура 12—14°С), а затем в кристаллизатор. При охлаждении и механической обработке эмульсии происходят процессы возникновения и разрушения кристаллов триацетилглицеринов; продукт приобретает необходимую консистенцию и пластичность. Затвердевшая, однородная, пластичная и плотная масса светло-желтого или белого цвета (для неокрашенных маргаринов) поступает на фасовку. Основные виды маргаринов содержат до 82% жиров. В последнее время начато производство диетических и низкожирных (содержание жира 50—60 %) маргаринов.

Хранят маргарины при температуре от -2 до +2°С (оптимальная температура хранения 0°С) при относительной влажности воздуха не выше 80%. Действующими государственными стандартами определены сроки хранения маргарина. Они зависят от температуры, способа упаковки (20 – 75 дней).

При производстве кулинарных, кондитерских жиров используют как растительные масла, так и пищевые саломасы и переэтерифицированные жиры. Содержание жира в готовом продукте до 99–99,7%, т.е. это безводные жиры. В зависимости от назначения они имеют различные (от 28 до 36°С) температуры плавления и твердость. В них вносят добавки, в том числе эмульгаторы. Для хлебопекарной промышленности производят жировидные эмульсии, содержащие жира 65%. Технология получения их проста: смешение компонентов, температурная и механическая обработка.

Майонезы – это высокодисперсные эмульсии растительного масла в воде (М – В). По внешнему виду и консистенции они напоминают сметану. Их используют в качестве приправы к мясным, рыбным, овощным блюдам, для придания дополнительных вкусовых качеств, питательности.

Основное сырье для майонеза: рафинированное растительное масло (чаще подсолнечное), сухое молоко, яичный порошок, сахар, соль, горчичный порошок, пищевая сода и др. Каждая из этих составных частей выполняет определенные функции. Сухое молоко и яичный порошок выполняют роль эмульгатора, соль оказывает консервирующее действие, сода выдерживает определенный рН. Получение майонеза включает операции по подготовке сырья, получение пасты, эмульсии и их фасовки.

Для оценки качества растительных масел нормируются следующие показатели:

- органолептические (внешний вид, запах и прозрачность);

- содержание минеральных кислот (качественное);

- степень прозрачности;

- показатель преломления;

- содержание влаги и летучих веществ;

- содержание фосфорсодержащих веществ;

- содержание неомыляемых веществ и мыла;

- зольность;

- кислотное, перекисное и иодное числа;

- число омыления;

- объемная доля отстоя.

Проектное задание

Перечислить основные нормативы качества и безопасности зерна пшеницы и составить схему анализа.

Описать технологию рафинации подсолнечного масла. Перечислить основные нормативы и составить схему анализа рафинированного подсолнечного масла.