Совершенствование технологии модификации масла ши на основе жидкостного фракционирования для снижения производственных потерь



В современной индустрии растительных масел технология разделения масла ши на отдельные фракции выделяется своей инновационностью и потенциалом для дальнейшего развития. Этот метод позволяет извлекать из масла ингредиенты с разнообразными физическими и химическими характеристиками, что приводит к созданию продуктов с необходимыми качествами. Такие продукты находят широкое применение в разнообразных отраслях, включая пищевую промышленность, косметологию и медицину. Огромный интерес к этой технологии обусловлен не только уникальностью получаемых из масла ши компонентов, которые обладают особыми свойствами, но и значительной экономической ценностью этого сырья. Исследование процесса фракционирования масла ши является ключевым для расширения его возможностей. Чтобы гарантировать высокий уровень безопасности и качества этих продуктов, критично важно разработать стандарты и сертификационные процедуры. Вдобавок, необходим тщательный анализ воздействия разнообразных условий на характеристики получаемых фракций масла и их оптимальные производственные условия. Развитие этого направления открывает новые горизонты в секторе растительных масел.

Ключевые слова: масло ши, фракции, фракционирование, углеродный состав, температура, катализаторы, жидкостное фракционирование.

In the modern vegetable oil industry, the technology for separating shea butter into separate fractions stands out for its innovation and potential for further development. This method allows the extraction of ingredients with a variety of physical and chemical characteristics from the oil, resulting in the creation of products with the desired qualities. Such products are widely used in a variety of industries, including the food industry, cosmetology and medicine. The enormous interest in this technology is due not only to the uniqueness of the components obtained from shea butter, which have special properties, but also to the significant economic value of this raw material. Research into the fractionation process of shea butter is key to expanding its capabilities. To ensure the high level of safety and quality of these products, it is critical to develop standards and certification procedures. In addition, careful analysis of the impact of various conditions on the characteristics of the resulting oil fractions and their optimal production conditions is necessary. The development of this direction opens up new horizons in the vegetable oils sector.

Keywords: shea butter, fractions, fractionation, carbon composition, temperature, catalysts, liquid fractionation.

Масло ши ценится своими характеристиками, но производители сталкиваются с рядом проблем, среди которых: нанесения из-за его плотности при обычной температуре, неприглядный аромат и проблемы сохранения стабильности. Чтобы преодолеть эти препятствия, специалисты разработали усовершенствованную методику, основанную на технологии жидкостного фракционирования. Этот метод выделяется своей эффективностью в оптимизации свойств масла ши. Суть процесса заключается в отделении составляющих масла по степени их растворимости в разнообразных растворителях, что позволяет улучшить его текстуру и устранить нежелательные запахи, увеличивая тем самым его удобство использования и срок хранения.

Процесс разделения составляющих масла ши проходит через технологию, называемую фракционированием на основе растворимости. Этот метод предполагает использование органических соединений в качестве растворителей — например, бензол, гексан и этанол [3]. Эти химические вещества различаются по своей способности растворять отдельные компоненты масла, обеспечивая таким образом их эффективное разделение.

Перед началом самого фракционирования масло ши проходит подготовительный этап, цель которого — очистка от нежелательных элементов и повышение качества продукции [7]. После этого начинается процесс экстракции: масло смешивается с подходящим растворителем, что приводит к переходу его компонентов между различными фазами и последующему их разделению.

В процессе обработки масла ши происходит его трансформация, при которой материал деликатно разделяется на составляющие с отличительными характеристиками. Этот процесс включает в себя применение техник, таких как фильтрация, отстаивание и дистилляция, для достижения оптимального разделения [11]. В результате выделяются уникальные фракции, каждая из которых подходит для своего особого применения благодаря индивидуальным свойствам.

Чтобы добиться желаемого качества и спецификаций, процесс разделения масла ши регулируется с особой точностью. Это позволяет производителям настраивать продукт в соответствии с запросами рынка, предоставляя им возможность создавать продукты с заданными свойствами [4]. Эффективное управление параметрами фракционирования жидкости является ключом к выделению фракций высочайшего качества, что является значительным достоинством данного метода.

Используя метод жидкостного фракционирования для обработки масла ши, мы получаем значительные экологические преимущества. Этот процесс не требует применения агрессивных химикатов или высоких температур, благодаря чему сокращается вредное влияние на природу [5]. В отличие от других методов, жидкостное фракционирование разделяет компоненты масла, опираясь на их способность растворяться в определённых средах, что позволяет точно настраивать свойства конечного продукта и повышать его качество. Эта технология не только поддерживает экологичность производства, но и предлагает продвинутый подход к улучшению характеристик масла ши, делая процесс особенно привлекательным для использования в промышленности.

Извлеченное из ядер плодов дерева ши, масло ши является ценным ингредиентом, применяемым не только в кулинарии, но и в сферах косметологии и личной гигиены. Этот продукт замечателен своим богатым жирнокислотным профилем, что делает его использование благотворным для здоровья. При комнатной температуре оно представляет собой мягкое твердое вещество или густое масло [12].

Процентное содержание жира в ядрах ши колеблется от 40 до 57 %, а его конкретное количество может варьироваться в зависимости от того, в каком регионе растет ши. Способы извлечения масла ши разнообразны, и эффективность процесса значительно меняется, что отражается в проценте получаемого продукта — от 25 до 35 % от общего объема ядер [7].

При использовании механических прессов или экструдеров для извлечения масла из семян, часть этого масла неизбежно остается в твердом остатке, известном как жмых. Чтобы свести к минимуму потери ценного масла, твердые остатки подвергаются дополнительной обработке с использованием метода растворительной экстракции. Этот процесс позволяет извлечь практически все оставшееся масло, обеспечивая тем самым, что в жмыхе сохраняется лишь минимальное его содержание.

Типичные или стандартные свойства сырого или нерафинированного и рафинированного масла ши перечислены в таблице 1.

Таблица 1

Типичные свойства нерафинированного и рафинированного масла ши

Свойства	Нерафинированное масло ши	Рафинированное масло ши
Показатель преломления при 44 ° C	1.4620–1.4650	1.4620–1.4650
Йодная ценность	30–75	30–75
Значение омыления	160–200	160–200
Неомыляемое вещество	19 % по массе, макс.	10 % по массе, макс.
Свободные жирные кислоты (в виде олеиновой кислоты)	8 % макс.	0,25 % макс.
Перекисное число, мэкв/ кг	10 макс.	10 макс.
Увлажнение	NA	0,1 % макс.
Температура вспышки (закрытый метод Пенскимартена)	NA	При температуре 250 ° C мин.
Тест на аргемоновое масло	Отрицательный	Отрицательный

Конкретные критерии качества африканского стандарта для трех различных типов или сортов нерафинированного масла ши представлены в таблице 2. Характеристики африканского стандарта нерафинированного масла ши приведены в таблице 3.

Таблица 2

Африканский стандарт на сорта нерафинированного масла ши

Параметры	Тип 1	Тип 2	Тип 3
Содержание влаги, (%) м/м	0,05 макс.	0.05–0.2	0.2–2.0
Свободные жирные кислоты / FFA (%), м/м	1.0 макс.	1.0–3.0	3.0–8.0
Перекисное число, мэкв/ кг	10 макс.	10–15	15–50
Нерастворимые примеси (%), м / м	0,09 макс.	0.09–0.2	0.2–2.0

Таблица 3

Идентификационные характеристики нерафинированного масла ши в соответствии с африканским стандартом

Свойства	Ограничения
Относительная плотность, г /мл (40 °C)	0.89–0.93
Степень омыления, мг КОН /г	160–190
Йодная ценность (Wijs)	30–75
Неомыляемые вещества (%)	1–19
Показатель преломления при 44 °C	1.4620–1.4650
Температура плавления (град. С)	32–40
Летучие вещества при температуре 105 °C (% м/м)	0,2 макс.
Содержание мыла (% м/м)	0,005 макс.
СОСТАВ ЖИРНЫХ КИСЛОТ (% м/м)
Лауриновая кислота (C12: 0)	1 макс.
Миристиновая кислота (C14: 0)	0,7 макс.
Пальмитиновая кислота (C16: 0)	2–10
Пальмитолеиновая кислота (С16: 1)	0,3 макс.
Стеариновая кислота (C18: 0)	25–50
Олеиновая кислота (C18: 1)	36–62
Линолевая кислота (C18: 2)	1–11
Линоленовая кислота (C18: 3)	1 макс.
Арахидиновая кислота (C20: 0)	3,5 макс.

Масло ши — это богатый источник жирных кислот, сбалансированный между насыщенными и ненасыщенными типами. В его составе выделяются такие компоненты, как олеиновая кислота, со средним диапазоном от 34 % до 62 %, и стеариновая кислота, колеблющаяся в пределах от 20 % до 55,7 % [1]. В меньшей степени присутствуют пальмитиновая кислота, её уровень варьируется от 1,9 % до 10 %, и линолевая кислота с содержанием от 1 % до 11 % [6].

Интересно отметить, что в масле ши примерно равные пропорции насыщенных и ненасыщенных жирных кислот, каждая категория составляет около половины общего веса. При этом стеариновая кислота превалирует над пальмитиновой. За счёт более высокого уровня ненасыщенных жирных кислот масло ши характеризуется повышенным содержанием йода, что подчеркивает его питательную ценность.

Масло ши является источником ценных компонентов, таких как фитостеролы, составляющие до 6 % его состава [13]. Эти элементы признаны за их способность влиять на уровень холестерина в организме, способствуя его снижению и поддерживанию здоровья. В составе этого природного продукта также находится альфа-токоферол, самый активный из витаминов Е, который составляет две трети всех токоферолов в масле. Антиоксидантные свойства альфа-токоферола и полифенолов, присутствующих в масле, защищают клетки от повреждений, способствуя поддержанию кожи здоровой и молодой.

Важнейшим аспектом, на который следует обратить внимание при адаптации процесса фракционирования, является подбор подходящего растворителя. Идеальный растворитель должен сочетать в себе способность эффективно извлекать нужные компоненты из масла ши с минимальным вредом для здоровья и окружающей среды. В этом контексте часто применяют такие растворители, как бензин, гексан и этиловый спирт, каждый из которых выбирается с учетом специфики применения [15].

Ключевым аспектом в производстве модифицированного продукта на основе масла ши является тщательный выбор пропорций между маслом и используемым растворителем. Необходимо установить идеальный баланс, который будет зависеть как от уникальных свойств самого масла, так и от желаемых качеств конечного изделия [10]. Избыток растворителя может снизить эффективность процесса, в то время как его недостаток может препятствовать должному извлечению активных веществ из масла ши.

Другой важный элемент процедуры — контроль температуры. Она оказывает значительное влияние на динамику извлечения полезных компонентов из масла, определяя скорость процесса экстрагирования. Таким образом, аккуратное регулирование температуры является критическим для достижения оптимальных результатов.

При изучении технологии жидкостного фракционирования необходимо обратить особое внимание на определение идеальной температуры, поскольку она играет ключевую роль в эффективности процесса [7]. Слишком низкие температуры могут замедлить химические реакции, тогда как чрезмерно высокие могут вызвать неблагоприятные изменения в составе продукта, снижая его качество. Это делает балансировку температурного режима критически важной задачей.

Вдобавок, следует учитывать длительность процесса экстрагирования. Чтобы эффективно извлечь все полезные компоненты из масла ши, нужно выделить достаточно времени, но излишняя продолжительность может негативно отразиться на характеристиках конечного продукта. Определение оптимального времени экстрагирования требует проведения экспериментальных исследований с детальным анализом результатов, чтобы находить точное соответствие между временем и качеством [11].

В процессе жидкостного фракционирования, основополагающим фактором является управление давлением. Этот элемент критичен, так как варьирование давления может значительно повлиять на эффективность извлечения и разделения составляющих ши-масла, а также на способность растворителя растворять компоненты. Находить баланс между слишком высоким и оптимальным давлением необходимо для предотвращения негативных последствий, вроде перегрева и структурных изменений в масле.

Чтобы достигнуть наилучших результатов в этом процессе, необходимо использовать специализированное оборудование. Такие устройства позволяют точно контролировать важнейшие параметры, включая температуру, давление и длительность процесса, а также поддерживать условия внутри реакционных сосудов. Это обеспечивает возможность настройки процесса под специфические требования ши-масла и получение продукта с желаемыми характеристиками [13].

В рамках нашего исследования были выявлены ключевые рекомендации для улучшения процесса фракционирования масла ши. Оказалось, что для достижения наилучших результатов необходимо экспериментально подобрать идеальные настройки процесса, такие как температуру, давление и скорость потока. Эксперименты помогут установить эти параметры таким образом, чтобы конечный продукт обладал нужными характеристиками [6].

Кроме того, мы обнаружили, что для сокращения потерь ценных составляющих масла ши важно внедрить методы возврата и повторного использования компонентов, потерянных во время фракционирования. Использование специализированного оборудования для регенерации отходов может стать эффективным решением для уменьшения потерь и повышения эффективности процесса.

В процессе разработки и производства товаров критически важно обеспечивать постоянство качества конечной продукции. В этой связи, при любых корректировках производственных условий, например, при изменении температуры, необходимо провести тщательный анализ потенциального влияния этих изменений на характеристики продукта. Такие корректировки могут привести к нежелательным последствиям, включая снижение эффективности активных элементов или модификацию текстуры. Оптимальный путь к обеспечению стабильности и сохранению качества — это детальное изучение и установление параметров, которые гарантируют желаемые свойства продукции на выходе [8].

Для достижения высшей производительности и надежности процесса, предпочтение следует отдавать автоматизации и внедрению систем непрерывного контроля производственных параметров. Современное автоматизированное оборудование предоставляет преимущество в точности настройки процессов и способствует увеличению однородности и качества готовой продукции.

Чтобы повысить качество и характеристики производимого масла ши, необходимо усовершенствовать процесс его фракционирования. Инновации в методах жидкостного разделения могут стать ключом к более высокой производительности и улучшению конкурентных позиций данной продукции на рынке. Руководствуясь новыми подходами и рекомендациями, мы можем ожидать более эффективное развитие процесса обработки масла ши.

Литература:

1. Долголюк И. В., Терещук Л. В., Трубникова М. А., Старовойтова К. В. Растительные Масла — Функциональные Продукты Питания // Техника и технология пищевых производств. — 2020. — № 2. — С.35–37.
2. Жировые продукты для здорового питания. Современный взгляд / Л. Г. Ипатова [и др.]. — М.: ДеЛи принт, 2019. — 396 с
3. Изменение жирнокислотного состава рапсового и рыжикового жмыхов в процессе экструдирования и оценка их биологической эффективности / Я. В. Смольникова, М. А. Янова, В. Л. Бопп [и др.] // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. — 2021. — Т. 83, № 4(90). — С. 197–203.
4. Кулакова С. Н., Байков В. Г., Бессонов В. В., Нечаев А. П., Тарасова В. В. Особенности растительных масел и их роль в питании // Масложировая промышленность. — 2019. — № 3. — С. 16–20.
5. Мезенцева Г. В. Товароведение продовольственных товаров и продукции общественного питания [Электронный ресурс]: учебное пособие. Воронеж: ВГУИТ, 2019. Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/130211 (дата обращения: 20.01.2024)
6. Нечаев А. П. Ключевые тенденции в производстве масложировых продуктов // Продукты и прибыль. — 2021. — № 2. — С. 6–9.
7. Новые функциональные пищевые масложировые продукты со сбалансированным жирнокислотным составом / К. П. Колногоров, С. А. Ламоткин, А. О. Башарова, Г. Н. Ильина // Труды БГТУ. № 4. Химия, технология органических веществ и биотехнология. — 2016. — № 4(186). — С. 188–194.
8. Степычева Н. В. Купажированные растительные масла с оптимизированным жирнокислотным составом // Химия растительного сырья / Н. В. Степычева, А. А. Фудько. 2021. № 2. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/kupazhirovannye-rastitelnye-masla-soptimizirovannym-zhirno-kislotnym-sostavom (дата обращения: 20.01.2024)
9. Терёхина А. В., Щербаков М. Н. Исследование жирнокислотного состава растительных масел // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. — 2023. — № 1. — С.111–117.
10. Терещук Л. В. Производство эмульсионных масложировых продуктов. Технология майонезов и майонезных соусов [Электронный ресурс]: учебное пособие / Л. В. Терещук, К. В. Старовойтова, Е. Г. Павельева. — Кемерово: КемГУ, 2019. 169 с. Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/156116 (дата обращения: 20.01.2024).
11. Траубенберг С. Е. МГУПП: специальность «Пищевые и биологически активные добавки» — требование времени // Пищевые ингредиенты. Сырье и добавки / С. Е. Траубенберг, А. А. Кочеткова. — 2019. — № 2. — С. 16–18.
12. Тутельян В. А. Пищевые ингредиенты в продуктах питания: от науки к технологиям [Электронный ресурс]: монография / под ред. В. А. Тутельяна и др. 2-е изд., испр. и доп. М.: МГУПП, 2021. Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/277136 (дата обращения: 20.01.2024).
13. Larsson S. C., Spyrou N., Mantzoros C. S. Body fatness associations with cancer from recent epidemiologic studies // Metabolism. — 2022. V.12 — P. 155–326.
14. Lehotay S. J. Food safety analysis // Analytical and bioanalytical chemistry. — 2018. — V. 410. — P. 5329–5330.
15. Marangoni A. G., Van Duynhoven J. P., Acevedo N. C., Nicholson R. A. et al. Advances in our understanding of the structure and functionality of edible fats and fat mimetics // Soft Matter. — 2020. — V. 16. — P. 289–306.