Гидрирование растительных масел на Рt-содержащих катализаторах

Более 60-70% масло-жировой промышленности в мире основано на гидрированных маслах. Негидрированные жиры прогоркают, окисляясь из-за двойных связей, у них появляется неприятный запах и вкус.

Гидрирование замедляет эти процессы, кроме того, позволяет из дешевых масел производить более ценные твердые жиры, что лежит в основе производства пищевых маргаринов и технических саломасов. Гидрогенизированные растительные масла отличаются высоким содержанием транс-жирных кислот. Из-за повышенного интереса к вопросу ухудшения здоровья при употреблении в пищу транс-жирных кислот, ученые исследователи интенсивно разрабатывают новые высокоэффективные технологии гидрирования с целью существенного сокращения транс-жирных кислот в гидрогенизированных растительных маслах.

Начиная с 2000-х годов в мире вводится запрет на транс-жиры, которые называют «жирами-убийцами». Установлены следующие негативные последствия употребления в пищу транс-жиров: ослабление иммунитета, снижение противостояния к стрессам, риск возникновения депрессии, рождение детей с патологически малым весом, риск развития диабета, негативное влияние на состояние суставов и соединительной ткани, нарушение работы фермента цитохром-оксидазы, обезвреживающего канцерогены, приводят к атеросклерозу, ишемической болезни сердца, раку, ожирению, ухудшение зрения и др. [1-2].

В связи с этим на содержание транс-изомеров в масло-жировых продуктах наложены жесткие запреты. В развитых странах содержание их в продуктах сводят к минимуму или полностью запрещают. Еще в 2003 г ВОЗ рекомендовала, чтобы содержание транс-жиров в калорийности рациона не превышало 1%. В США, Канаде и всех европейских странах введены законодательные ограничения содержания транс-жиров не более 12% в продуктах. Агентство FDA (США) законодательно разрешает содержание транс-жиров ниже 0,5 г/100г продукта [3-4].

Согласно требованиям Технического регламента Таможенного союза (ТС) «Технический регламент на масложировую продукцию» (ТР ТС 024/2011) содержание транс-изомеров жирных кислот с 01.01.2018 года для твердых, мягких и жидких маргаринов, спредов и смесей должно быть не более 2% [5]. В Казахстане в настоящее время в широко потребляемых масло-жировых продуктах содержание транс-жиров доходит до 30-40%. Поэтому снижение транс-изомеров в пищевых масложировых продуктах является актуальной и насущной проблемой в нашей стране, так как с 2018 г. необходимо выпускать продукцию в соответствии с Техрегламентом ТС. Актуальность проблемы разработки новых катализаторов для процесса гидрогенизации растительных масел определяется и тем, что потребность в гидрированных жирах велика, а существующие катализаторы по ряду параметров не отвечают требованиям современной технологии.

Проблеме гидрирования жиров посвящено много исследований ученых и технологов. Такие исследования проводятся в развитых странах Европы,

Америки и Азии [6-7]. В основном все исследования посвящены парциальному гидрированию различных растительных масел и эфиров жирных кислот, что дает возможность образования транс-изомеров как более стабильных, и снижению степени изомеризации в целях уменьшения содержания транс-изомеров. Наиболее изученными и эффективно применяемыми в развитых странах являются никелевые и катализаторы на основе платиновых металлов.

Наиболее эффективной промышленной технологией гидрогенизации исходных растительных масел считался катализатор на основе никеля. Обнаружено, что никель частично присутствует в саломасах, что является вредным для организма человека. Поэтому необходимы безвредные катализаторы гидрирования, каковыми являются катализаторы на основе металлов 8 группы, из которых наиболее эффективными являются платина, палладий, и рутений. По литературным данным образование транс-жирных кислот при гидрогенизации растительных масел значительно ниже, чем на никелевых катализаторах.

Каждый металлический катализатор имеет различные селективность, активность, и транс-изомеризацию при гидрогенизации растительных масел. Общепризнано, что платиновые катализаторы производят наименьшее количество транс-жирных кислот при гидрогенизации.

Целью настоящей работы является разработка активных селективных катализаторов гидрирования пальмового масла для получения с высоким выходом саломаса без двойных связей и транс-изомеров. Процесс гидрирования проводился автоклаве Аmar equipment Ltd в интервале температур 80-120°С и давлений водорода 0,3-1,5 МПа. Анализ продуктов реакции проводили: на содержание двойной связи (йодное число) и трансжиров методом газовой хроматографии на хроматографе Кристалл 5000.

Исследовано влияние температуры и давления водорода на содержание двойных связей в саломасе (табл. 1 и 2) при гидрировании пальмового масла на Рt/ШАС-катализаторе (ШАС – шариковый алюмосиликатный носитель марки ШАС-2). С повышением температуры от 80 до 200°С содержание С=С связей снижается с 46 до 0 г I 2 /100г. Содержание транс-изомеров жирных кислот с увеличением температуры возрастает с 1% в исходном масле до 22%, при дальнейшем повышении температуры до 200°С трансизомеры полностью исчезают, как и все двойные связи (табл.1).

Таблица 1 - Содержание двойных связей и транс-изомеров жирных кислот при гидрировании пальмового масла на Рt/АС-катализаторе при 0,3 МПа и различных температурах

Таблица 2 - Содержание двойных связей и транс-изомеров жирных кислот при гидрировании пальмового масла на Рt/АС-катализаторе при 120°С и различных давлениях водорода

Аналогично действию температуры при повышении давления содержание двойных связей снижается в катализате с 54% в исходном пальмовом масле до 8% при 1,5 МПа. Содержание транс-изомеров сначала увеличивается до 22%, а при 1,5 МПа снижается до 3% (таблица 2). Это обусловлено полным гидрированием двойных связей пальмового масла.

Таким образом, на Рt/АС-катализаторе по результатам таблиц 1 и 2 оптимальными температурой и давлением являются 200oС и 1,5 МПа, при которых в продукте реакции полностью отсутствуют двойные связи и трансизомеры жирных кислот.