30 Янв

ИССЛЕДОВАНИЕ ЯДЕРНО-МАГНИТНЫХ РЕЛАКСАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОТОНОВ МАСЛА В СЕМЕНАХ ПОДСОЛНЕЧНИКА С РАЗЛИЧНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ОЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Подсолнечное масло пользуется большой популярностью у потребителей, проживающих на территории Европейских стран, увеличивается спрос на подсолнечное масло и в Азиатских странах. Основными крупнейшими производителями подсолнечника, благодаря своим благоприятным географическим особенностям, являются: Россия, Аргентина, Украина, а также страны ЕС.

Основная доля мирового производства масла из семян подсолнечника приходится на обычный подсолнечник линолевого типа. При этом в последнее десятилетие кроме традиционного типа подсолнечника в ряде стран получило широкое распространение выращивание подсолнечника с измененным жирнокислотным составом.

В зависимости от содержания олеиновой кислоты в масле в семенах подсолнечник можно разделить на следующие типы:

  • 10-40% — сорта с традиционным жирно-кислотным составом;
  • 40-70% — среднеолеиновые сорта;
  • 70-95% — высокоолеиновые сорта.

Следует так же отметить наличие высокостеаринового подсолнечника, его усредненный жирнокислотный состав следующий: 18% — стеариновая кислота, 72% — олеиновая кислота, 5% — линолевая кислота и 5% — другие насыщенные жиры. Данный подсолнечник широко выращивается в США.

Основными факторами стимулирующими развитие отрасли производства подсолнечного масла с измененным жирнокислотным составом (в частности высоко- и среднеолеинового) стали популяризация здорового питания, а также потребность мировой масложировой промышленности в новых видах масел, обладающих определенными технологическими свойствами, при этом более дешевых по сравнению с традиционными маслами.

Подсолнечное масло с высоким содержанием олеиновой кислоты характеризуется повышенным содержание витамина Е — природного антиоксиданта (альфа-токоферола), длительным сроком хранения, нейтральным вкусом, идеально подходит для жарки благодаря стойкости к окислению при высокой температуре.

Посевы семян высокоолеинового подсолнечника в России с каждым годом увеличиваются. По мнению ряда экспертов в ближайшие годы их доля может достигнуть 20% от суммарной площади посевов этой культуры. В связи, с этим остро встает вопрос контроля качества выращиваемых семян, а именно оценки содержаниях в них масла и его жирнокислотного состава, так как содержание олеиновой кислоты в масле семян существенно влияет на цену подсолнечника.

Широко используемые в настоящее время хроматографические методы определения содержания олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника обладают рядом недостатков: длительностью анализа, применение токсичных химических реактивов, сложной пробоподготовкой, высокими требованиями к квалификации  персонала, небольшой представительностью анализируемой пробы (что актуально вследствие, высокой разнокачественности семян) и имеют разрушающий характер анализа, что актуально для селекционеров.

Таким образом, разработка простого современного, экспрессного и неразрушающего способа определения содержания олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника является актуальной, для предприятий и организаций занимающихся селекцией, семеноводством, производством, хранением и переработкой семян подсолнечника.

Среди современных физико-химических методов оценки качества и идентификации продуктов и сырья одним из наиболее эффективных и безопасных является метод на основе ядерной магнитной релаксации протонов (ЯМР).

В качестве объектов исследования были отобраны образцы семян подсолнечника, с различным содержанием в масле олеиновой кислоты в диапазоне от 19 до 84%. Содержание олеиновой кислоты определялась с помощью метода газожидкостной хроматографии.

Измерения ядерно-магнитных релаксационных характеристик протонов масла проводились на серийно выпускаемом ЯМР-анализаторе АМВ-1006М определяющем содержание масла и воды в семенах масличных культур и продуктах их переработки. Данный ЯМР-анализатор был выбран как широко используемый на предприятиях, занимающихся выращиванием, хранением и переработкой семян масличных культур, в России и странах СНГ (более 270 приборов).

Ранее в работах [1, с.121; 2, с.53] было показано, что процесс ядерно-магнитной релаксации протонов масла в семенах подсолнечника является многофазным, и является суперпозицией нескольких экспонент. Многокомпонентный характер огибающей сигналов спинового эха протонов масла семян подсолнечника объясняется тем, что они являются сложными структурированными системами, состоящими из нескольких компонент, отличающихся друг от друга степенью связанности образующих их молекул (рисунок 1).

Рисунок 1. Огибающие сигналов спинового эха протонов масла и его компонент в семенах подсолнечника при 23°С

Из данных, приведённых на рисунке 1 видно, что огибающая сигналов спинового эха протонов масла в семенах подсолнечника имеет многокомпонентный состав и может быть математически описана суммой трех компонент с различными значениями времен спин-спиновой релаксации.

Компоненты характеризуют протоны содержащиеся в молекулах триацилглицеринов и обладающие различными временами ядерно-магнитной релаксации. Различия времен релаксации связаны с тем, что в их состав входят как насыщенные так и ненасыщенные жирные кислоты. В свою очередь чем больше насыщенных жирных кислот входит в состав триацилглицеринов, тем выше вязкость, а следовательно короче время релаксации протонов. Так же следует учитывать, что сами триацилглицерины могут быть по разному связаны внутри семян.

Компоненты огибающей сигналов спинового эха протонов масла отличаются помимо времени спин-спиновой релаксации и амплитудами сигналов.

На рисунке 2 представлены огибающие сигналов спинового эха протонов масла содержащихся в семенах подсолнечника с разным содержанием олеиновой кислоты, но близким содержанием масла в абсолютном выражении.

Рисунок 2. Огибающие сигналов спинового эха, протонов  масла семян подсолнечника, с различным содержанием олеиновой кислоты

Данные рисунка 2 показывают нормированные значения огибающих сигналов спинового эха протонов масла содержащихся в семенах подсолнечника. Как видно из представленных данных различное содержание олеиновой кислоты оказывает влияние на ядерно-магнитные релаксационные характеристики протонов масла.

На основании полученных результатов можно сделать вывод, о возможности использования релаксационных характеристик протонов компонент в качестве аналитических параметров для определения содержания олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника. Наилучшие корреляционные зависимости, характеризующие содержание олеиновой кислоты, были получены для обобщающего показателя – средневзвешенного значения времени релаксации. Средневзвешенное время релаксации рассчитывали по следующей формуле:

(1),

где: – N=3 – число компонент в сигнале ЯМР протонов масла; Аi – амплитуда сигнала ЯМР протонов i-ой компоненты в процентах от общей амплитуды; T2i – время спин-спиновой релаксации протонов i-ой компоненты, выраженное в миллисекундах (мс).

После обработки результатов измерений, были получены следующие значения средневзвешенного времени релаксации протонов масла в семенах подсолнечника с различным содержанием олеиновой кислоты,  при температуре 23°С ( таблица 1).

Таблица 1.

Зависимость между содержанием олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника и значениями средневзвешенного времени спин-спиновой релаксации протонов компонент масла

Содержание олеиновой кислоты,%

Значение средневзвешенного времени релаксации, повторность измерений, Tср. взв, мс

Среднее значение Tср. взв, мс

1 повтор 2 повтор 3повтор
19 159 162 162 161
27 158 160 158 159
38 153 153 153 153
45 149 150 148 149
51 147 149 149 148
63 142 145 144 144
70 139 135 139 138
75 134 135 135 135
76 139 137 139 138
79 133 133 132 133
84 133 133 133 133

Как видно из представленной таблицы, между значениями средневзвешенного времени релаксации протонов масла в семенах подсолнечника, и содержанием олеиновой кислоты наблюдается обратно пропорциональная зависимость, которая, может являться аналитическим параметром для определения содержания олеиновой кислоты в семенах подсолнечника.

На рисунке 3 представлен график зависимости между содержанием олеиновой кислоты в масле исследуемых семян подсолнечника и средневзвешенным значением времени релаксации протонов масла, при температуре 23°С.

Рисунок 3. Градуировочный график для определенения содержания олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника

Методом наименьших квадратов были вычислены коэффициенты линейного уравнения, зависимости содержания олеиновой кислоты в семенах подсолнечника от средневзвешенного значения времени спин-спиновой релаксации протонов масла. Для данных, представленных выше оно будет иметь вид:

(2)

где: –  Рол  – содержание олеиновой кислоты в семенах подсолнечника, %.

Как видно из представленных данных зависимость между средневзвешенным временем релаксации протонов масла семян подсолнечника и содержанием олеиновой кислоты имеет линейный характер, в широком диапазоне содержания олеиновой кислоты от 19 до 90% и является наиболее оптимальным аналитическим параметром для определения содержания олеиновой кислоты в семенах подсолнечника на ЯМР-анализаторе АМВ-1006М.

Применение найденной зависимости позволило существенно сократить время определения содержания олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника. Методика анализа на ЯМР-анализаторе АМВ-1006М носит неразрушающий характер, не требует специальной пробоподготовки семян, особых навыков персонала, дополнительных реактивов, имеет большую представительность пробы, а следовательно имеет меньшую стоимость одного анализа.

 

Список литературы

  1. Прудников С.М. Научно-практическое обоснование способов идентификации и оценки качества масличных семя и продуктов их переработки на основе метода ядерной магнитной релаксации: Диссертация … д-ра техн. наук / Прудников Сергей Михайлович. Краснодар, 2003.  244 с.
  2. Зверев Л. В. Определение химических показателей растительных масел и масличного сырья на основе данных ядерной магнитной релаксации: Автореферат дисс. … канд. техн. наук / Краснодар 2002. 24 с.
    ИССЛЕДОВАНИЕ ЯДЕРНО-МАГНИТНЫХ РЕЛАКСАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОТОНОВ МАСЛА В СЕМЕНАХ ПОДСОЛНЕЧНИКА С РАЗЛИЧНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ОЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ
    Written by: Агафонов Олег Сергеевич, Зверев Леонид Вячеславович, Прудников Сергей Михайлович
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 05/25/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.01.2015_01(10)
    Available in: Ebook