Термогравиметрический анализ кукурузного масла

Введение . Приоритетным направлением политики Российской Федерации является обеспечение населения функциональными продуктами питания, и это является главной целью научных исследований и первостепенной задачей каждого производителя. Регулярное употребление таких продуктов дает возможность снизить риск развития таких заболеваний, как атеросклероз, нарушение работы сердечнососудистой, эндокринной системы, органов пищеварения и др. Функциональные жировые продукты могут быть созданы путем внедрения в их состав растительных масел, богатых ненасыщенными жирными кислотами [1–3].

Цель исследования: определить термогравиметрические характеристики кукурузного масла и провести анализ полученных данных.

Объекты и методы исследования. Объектом исследования выбрано кукурузное масло, которое является перспективным сырьем для создания функциональных эмульсионных жировых продуктов. Нерафинированное масло содержит примерно 85 % ненасыщенных и насыщенных жирных кислот. Кукурузное масло вдвое превосходит оливковое и подсолнечное по содержанию витамина Е, который является сильнейшим антиоксидантом и препятствует преждевременному старению, богато витаминами B1, F, PP, провитамином А и лецитином.

Экспериментальные исследования проводились на приборе синхронного термического анализа модели STA 449 F3 Jupiter в различных газовых атмосферах методом дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК) [4, 5]. Данный прибор комбинирует в себе преимущества высокочувствительных термовесов и дифференциального сканирующего калориметра (рис. 1).

Рис. 1. Прибор синхронного термического анализа (TG-DTA/DSC) модели STA 449 F3 Jupiter

ДСК основана на регистрации тепловых эффектов физико-химических и структурных превращений, протекающих в продукте при запрограммированном изменении воздействующей температуры. Результатом термического анализа являются термические кривые – термограммы (кривые нагревания), которые зависят главным образом от химического состава и структуры исследуемого вещества. Для обработки полученных зависимостей кривых ДСК и построения дифференциальных кривых dДСК использовалось программное обеспечение NETZSCH Proteus. Эксперименты проводились при темпе- ратурах от -100 до 20 °С со скоростью нагрева 3 К/мин в оксидированных алюминиевых тиглях в среде газообразного азота класса 5.

Результаты исследования и их обсуждение . В результате исследования в диапазоне температур от -50 до +3 °С получен профиль плавления кукурузного масла, характерный только для данного продукта (кривая ДСК), на котором присутствует несколько перекрывающихся эндотермических пиков (при -33,2 °С; -21,5 °С) общей площадью 56,69 Дж/г, обусловленных уникальной комбинацией жирных кислот продукта (рис. 2).

Рис. 2. Термограмма для кукурузного масла

С помощью программного обеспечения NETZSCH Proteus кривая ДСК была продифференцирована по времени, таким образом получена кривая изменения скорости теплового потока, которая также свидетельствует о сложном характере протекания процесса плавления и позволяет определить его геометрическое начало. Для это был рассмотрен диапазон температур от -52 до -30 °С на кривой ДСК (рис. 3).

Геометрическое начало плавления (на рисунке 3 – Начало) имеет температуру -40,3 °С, оно находится в месте пересечения двух кривых, одна из которых является касательной к кривой ДСК в диапазоне температур от -50,5 до -45,5 °С (горизонтального участка кривой dДСК), а вторая является касательной к левой ветви пика кривой ДСК в сингулярной точке, определяемой по пику на кривой dДСК -36 °С.

Рис. 3. Термограмма участка начала плавления кукурузного масла

Для разделения пиков на кривой ДСК была применена программа NETZSCH Peak Separation 3 (рис. 4), которая при описании формы пика использовала средневзвешенную смесь Фрейзера-Сузуки и асимметричного Коши. Единицы совпадают с значениями X; t – температу- ра, °С; среднеквадратичное отклонение: 1,924 10-4; коэффициент корреляции: 0,99964; среднее абсолютное отклонение: 0,00086.

Установлено, что сложный профиль кривой ДСК может быть получен сложением трех различных пиков (рис. 4, табл. 1, 2).

Рис. 4. Кривая ДСК в программе NETZSCH Peak Separation 3

ДСК=          ∙   [- 2∙ Coif—+1—1+Ш+Ceef2,	[      ∙         ∙(          )/       ] где        =                           , – асимсимметрия пика, диапазон от -4
– амплитуда амплитуды. Это значение соответствует значению Y пиковой максимальной точки пика, может быть положительным для пиков с положительным пиковым направлением и отрицательный для пиков с направлениями отрицательного пика, °С; – вес гауссова пика в общем пике, соответствующее значение (1 часть) представляет собой вес пика Коши в общем пике;	до 4; – положение пика, это значение соответствует значению X максимальной точки пика, °С; – половина ширины, всегда позитивная, для формы Гаусса имеет следующее соотношение с дисперсией , =         . √    ∙ Таблица 1

Пики кривой ДСК

Пик	Pos	Amp I	cr	Asym	Part
1	-21,833	0,151	10,867	0,382	1,0
2	-33,285	0,074	6,681	-0,37	1,0
3	-8,721	0,031	10,720	-0,568	1,0

Таблица 2

Описание пиков кривой ДСК

Пик	Начало t	Начало ДСК	Лев. перегиб t	Лев. перегиб ДСК	Пик t	Пик ДСК	Прав. перегиб t	Прав. перегиб ДСК	Конец t	Конец ДСК	Площадь, %
1	-42,219	0	0	0,027	-21,832	0,151	-17,176	-0,015	-40,548	0,00851	65,91
2	-46,286	0	0	0,012	-33,285	0,074	-30,676	-0,021	-47,756	0,0	19,84
3	-39,585	0	0	0,003	-8,721	0,031	-4,676	-0,006	-39,972	0,00	14,25

Эндотермические пики свидетельствуют о разрушении при данных температурах полине-насыщенных жирных кислот. Сравнение полученных зависимостей с составами других образцов масел дает возможность идентификации их фальсификации и присутствия примесей других, более дешевых масел.

Из зависимости видно, что и в кукурузном масле проявляется в процессе анализа эндотермические аномалии. Температура максимума пика для спреда составила –21,5 ºС, данная температура характеризует окончание процесса. Температура начала процесса -40,23 °С, а окончания -7,25 °С. Удельная теплота процесса для кукурузного составила 42,39 Дж/г.

Выводы

• 1.    Полученные зависимости позволили установить невоспроизводимость эндотермического

• 2.    Методы термического анализа (ДСК, ТГА/ДТА) позволяют качественно идентифицировать фальсификацию масложировой продукции.

• 3.    Термогравиметрическим анализом можно отличить кукурузное масло от аналогов по потере массы образца, а дифференциальной сканирующей калориметрией – по температуре плавления.

пика при охлаждении и последующем нагреве, что свидетельствует о необратимости структурного фазового перехода.