Удосконалення технології ензимного дегуммінгу рослинних олій

Abstract

Метою роботи є удосконалення технології дегумування рослинних олій із використання нових ферментних препаратів та знежирення олійних фузів із використанням сучасних ферментних препаратів з фосфоліпазною активністю. Використання ферментних препаратів є одним із перспективних напрямів у технологіях рафінування рослинних олій та підставою для його удосконалення. Наразі ферментні препарати із активністю фосфоліпаз використовують у технології вилучення фосфоліпідів для одержання олії із мінімальним залишковим вмістом фосфоліпідів. Актуальність проблеми дослідження. Основним напрямом переробки рослинних олій є їх рафінування З метою рафінування олій використовують гідро-механічні, фізико-хімічні та біохімічні методи. Традиційні схеми хімічної та фізичної рафінації рослинних олій передбачають використання високих температур та хімічних реагентів, що може спричиняти збільшення кислотності олії, ініціювання пероксидного окиснення олії та погіршення її органолептичних властивостей. Перевагою використання ферментативних технологій є можливість проведення технологічних операцій при м'яких режимах (низькі температури, атмосферний тиск тощо). Використання ультразвукової обробки у поєднанні використанням ферментативних препаратів, дозволяє скоротити тривалість процесу ферментативної обробки. Проте впровадження нових ферментних препаратів у технологію рафінування рослинних олій потребує додаткових досліджень щодо раціональних параметрів застосування кожного препарату. Додаткових досліджень потребує також можливість застосування фосфоліпаз для вилучення нейтрального жиру із гідратаційних осадів. Таким чином, дослідження, присвячені використанню новітніх ферментних препаратів для удосконалення технології дегуммінгу соняшникової олії, використанню ультразвукової обробки у поєднанні із використанням новітніх ферментативних препаратів для удосконалення технології дегуммінгу соняшникової олії, а також застосування фосфоліпаз для вилучення нейтрального жиру із гідратаційних осадів є актуальними та складають наукове завдання, яке вирішує дана дисертаційна робота. Основний зміст роботи складається з вступу, шести розділів, висновків, списку використаних літературних джерел та додатків. У першому розділі дисертаційної роботи проведено аналіз літературних джерел за тематикою дослідження. Розглянуто сучасні тенденції розвитку технології рафінування рослинних олій. Виявлено, що технології ензимнного дегуммінгу рослинних олій досліджуються протягом тривалого часу, а також впроваджені у промислове виробництво. У той же час сучасні досягнення біотехнології дають можливість одержувати нові фосфоліпазні препарати із різними активностями та специфічністю, що, в свою чергу, ставить на порядок денний необхідність проведення досліджень щодо технологічних параметрів використання нових ферментних препаратів. Проведений аналіз підтверджує актуальність удосконалення ензимнного дегуммінгу. Виявлено також, що для інтенсифікації процесів рафінування рослинних олій використовували ультразвукову обробку. У другому розділі дисертації розроблено загальний план досліджень, надана характеристика ферментних препаратів, обґрунтовані методики для аналізу сировини та готової продукції. Використані препарати - фосфоліпаза A1 Lecitase® Ultra (Novozymes), фосфоліпаза A1 Quara® Low P (Novozymes) та фосфоліпаза С Quara® Boost (Novozymes). Визначення вмісту фосфору в олії та фузі олійному соняшниковому проводили фотометричним методом. Для визначення групового складу фосфоліпідів використовували метод тонкошарової хроматографії. Оцінку якісних показників олії та фузу проводили відповідно до ДСТУ. Оцінка виходу гідратованої олії, та виходу олії із фузу проводилася об’ємним методом після розділення фаз. Антиоксидантну активності олії досліджували методом гасіння радикалів 2,2-дифеніл-1- пікрілгідралізу (DPPH). У третьому розділі дисертаційної роботи проведено дослідження з метою визначення найбільш ефективного препарату для раціоналізації процесу гідратації соняшникової олії. Першим етапом цього дослідження було визначення впливу ферментів на залишковий вміст фосфоровмісних сполук у олії. Проведено пробну гідратацію із використанням ферментних препаратів з активністю фосфоліпази А1 Lecitase® Ultra та Quara® LowP, а також ферментного препарату з активністю фосфоліпази С Quara® Boost. Доведено, що використання ферментних препаратів є більш ефективним порівняно з водним дегуммінгом. Зокрема, використання 0,005 % розчину ферментного препарату від маси зразку олії для дегуммінгу соняшникової олії призводить до одержання олії із залишковим вмістом фосфоліпідів 0,08 – 0,04 %. Найбільш ефективним препаратом виявився новий фосфоліпазний препарат з активністю фосфоліпази С Quara® Boost, за його використання залишковий вміст фосфоліпідів в олії становив 0,04 %. У четвертому розділі дисертаційної роботи проведено дослідження динаміки ензимного дегуммінгу із використанням різних ферментних препаратів та ензимного дегуммінгу соняшникової олії із використанням ферментного препарату Quara® Boost методом математичного планування експерименту для раціоналізації процесу гідратації. Встановлено, що раціональними параметрами ензимнного дегуммінгу соняшникової олії із використанням ферментного препарату Quara® Boost були: масова частка ферментного препарату 0,005 %, вміст вологи 5 %, температура 40 º С. Встановлено також, що використання фосфоліпаз сприяє підвищенню антиоксидантної активності олії. У п’ятому розділі було проведено визначення впливу ультразвукової обробки на процес ензимного дегуммінгу олії. Використання ультразвукової обробки для ензимного дегуммінгу олії дозволило скоротити тривалість процесу з 60 до 10-12 хв, при чому не відбувалося суттєвих змін у якісних показниках олії. У шостому розділі проведено визначення впливу ферментних препаратів на вилучення олії з олійних фузів. Доведено, що використання ферментних препаратів є ефективним способом знежирення олійних фузів, а саме збільшення виходу рослинної олії до 42 % у порівнянні із контролем. Розроблено апаратурно-технологічну схему ферментативної обробки фузу олійного соняшникового. Сформульовано висновки дисертаційного дослідження. В дисертаційній роботі визначено наукову новизну одержаних результатів : Вперше: встановлено, що нові ферментні препарати Quara® Boost,(фосфоліпаза С) та Quara® LowP ,(фосфоліпаза А) мають високу ефективність щодо вилучення фосфоровмісних сполук із соняшникової олії; виявлено, що застосування ензимного препарату Quara® Boost (фосфоліпаза С) кінцевою концентрацією у зразку 0,005% за температури 40–60 °С, дозволяє одержати максимальний ступінь вилучення фосфоліпідів та залишковий їх вміст у соняшниковій олії 0,04 %, що відповідає 16 ррm фосфору в олії. виявлено, що застосування ферментного препарату Quara® Boost,(фосфоліпаза С), дозволяє одержати максимальний вихід олії - на 2% вищий порівняно з водним дегуммінгом; встановлено, що обробка ультразвуком із частотою 22 кГц скорочує тривалість вилучення фосфоліпідів із соняшникової олії з 60 хв. до 9 хв. за використання ферментних препаратів із активністю фосфоліпази А та С; виявлено, що застосування ензимного препарату Quara® Boost,(фосфоліпаза С), дозволяє вилучити на 42 % більше олії з фузу порівняно з необробленим зразком; з'ясовано, що застосування ферментного препарату Quara® Boost (фосфоліпаза С) супроводжується підвищенням антиоксидантної активності соняшникової олії з максимальним збільшенням 15 % порівняно із вихідною олією. дістало подальшого розвитку - експериментальне обґрунтування факторів, що визначають ефективність ензимнного дегуммінгу соняшникової олії, а саме кількість ферменту, кількість внесеної вологи, та температура проведення ензимнного дегуммінгу. - експериментальне обґрунтування факторів, що визначають ефективність ензимної обробки фузу олійного соняшникового, а саме кількість ферментного препарату, тривалість проведення ензимної обробки та температура проведення обробки. The aim of the work is to improve the technology of degumming vegetable oils using new enzyme preparations and degreasing of oily fumes using modern enzyme preparations with phospholipase activity. The use of enzyme preparations is one of the promising trends in vegetable oil refining technologies and the basis for its improvement. Currently, enzyme preparations with phospholipase activity are used in phospholipid extraction technology to obtain oil with minimal residual phospholipid content. Relevance of the research problem. The main direction of vegetable oil processing is their refining. For the purpose of oil refining, hydro-mechanical, physico- chemical and biochemical methods are used. Traditional schemes of chemical and physical refining of vegetable oils involve the use of high temperatures and chemical reagents, which can cause an increase in the acidity of the oil, initiation of peroxide oxidation of the oil and deterioration of its organoleptic properties. The advantage of using enzymatic technologies is the possibility of carrying out technological operations under mild conditions (low temperatures, atmospheric pressure, etc.). The use of ultrasonic treatment in combination with the use of enzymatic preparations allows to reduce the duration of the enzymatic treatment process. However, the introduction of new enzyme preparations into the technology of vegetable oil refining requires additional research on the rational parameters of the use of each preparation. The possibility of using phospholipases to extract neutral fat from hydration sediments also requires additional research. Thus, studies devoted to the use of the latest enzyme preparations for improving the technology of sunflower oil degumming, the use of ultrasonic treatment in combination with the use of the latest enzyme preparations for the improvement of the technology of sunflower oil degumming, as well as the use of phospholipases for the extraction of neutral fat from hydration sediments are relevant and constitute scientific the task that this dissertation solves. The main content of the work consists of an introduction, six chapters, conclusions, a list of used literary sources and appendices. In the first chapter of the dissertation, an analysis of literary sources on the subject of the study is carried out. Modern trends in the development of vegetable oil refining technology are considered. It was found that the technologies of enzymatic degumming of vegetable oils have been studied for a long time, and also implemented in industrial production. At the same time, modern advances in biotechnology make it possible to obtain new phospholipase preparation with different activities and specificities, which, in turn, puts on the agenda the need to conduct research on the technological parameters of using new enzyme preparation. The conducted analysis confirms the relevance of improving enzymatic degumming. It was also found that ultrasonic treatment was used to intensify the refining processes of vegetable oils. In the second chapter of the dissertation, a general plan of research is developed, the characteristics of enzyme preparations are given, and justified methods for the analysis of raw materials and finished products are provided. Preparation used are phospholipase A1 Lecitase® Ultra (Novozymes), phospholipase A1 Quara® Low P (Novozymes) and phospholipase C Quara® Boost (Novozymes). Determination of phosphorus content in sunflower oil and fuze was carried out by the photometric method. The method of thin-layer chromatography was used to determine the group composition of phospholipids. The evaluation of quality indicators of oil and fuze was carried out in accordance with DSTU. The yield of hydrated oil and the yield of oil from the fuzz were estimated by the volumetric method after phase separation. The antioxidant activity of the oil was investigated by the method of 2,2-diphenyl-1-picryl hydrolysis (DPPH) quenching of radicals. In the third chapter of the dissertation, a study was conducted to determine the most effective enzyme for rationalizing the process of sunflower oil hydration. The first stage of this study was to determine the effect of enzymes on the residual content of phosphorus-containing compounds in the oil. Trial hydration was carried out using enzyme preparations with phospholipase A1 activity Lecitase® Ultra and Quara® Low P, as well as enzyme preparation with phospholipase C activity Quara® Boost. It has been proven that the use of enzyme preparations is more effective compared to aqueous degumming. In particular, the use of 0.05% of the enzyme solution by weight of the oil sample for sunflower oil degumming leads to obtaining oil with a residual phospholipid content of 0.08-0.04%. The most effective preparation was the new phospholipase preparation with phospholipase C activity Quara® Boost, when using it, the residual content of phospholipids in the oil was 0.04%. In the fourth chapter of the dissertation, a study of the dynamics of enzymatic degumming using various enzyme preparations and enzymatic degumming of sunflower oil using the Quara® Boost enzyme preparation was carried out by the method of mathematical planning of the experiment to rationalize the hydration process. It was established that the rational parameters of enzymatic degumming of sunflower oil using the Quara® Boost enzyme preparation were: enzyme mass fraction 0.05%, moisture content 5%, temperature 40ºС. It was also established that the use of phospholipases helps to increase the antioxidant activity of the oil. In the fifth chapter, the influence of ultrasonic treatment on the process of enzymatic degumming of oil was determined. The use of ultrasonic treatment for enzymatic oil degumming made it possible to reduce the duration of the process from 60 to 10-12 minutes, while there were no significant changes in the quality indicators of the oil. In the sixth chapter, the effect of enzyme preparations on the extraction of oil from oil fuzes is determined. It has been proven that the use of enzyme preparations is an effective way of degreasing oil fuzes, namely, an increase in the yield of vegetable oil up to 42% compared to the control. An apparatus-technological scheme for the enzymatic processing of oil sunflower fuzz has been developed. The conclusions of the dissertation research are formulated. The scientific novelty of the obtained results is determined in the dissertation work: For the first time: - it was established that the degumming of sunflower oil with the new enzyme preparations Quara® Boost, (phospholipase C) and Quara® Low P, (phospholipase A) leads to practically complete removal of phosphorus-containing compounds from the oil; it was found that the use of the enzymatic preparation Quara® Boost, (phospholipase C) with a final concentration of 0.05% in the sample at a temperature of 40–60 °C, allows obtaining the maximum degree of extraction of phospholipids and their residual content in sunflower oil of 0.04%, which corresponds to 16 ppm of phosphorus in oil. it was found that the use of the enzyme preparation Quara® Boost (phospholipase C) allows to obtain the maximum yield of oil - 2% higher compared to water degumming. it was found that the use of the enzymatic preparation Quara® Boost, (phospholipase C), allows to extract 42% more oil from the fuzz compared to the untreated sample; it was found that the use of the enzyme preparation Quara® Boost (phospholipase C) is accompanied by an increase in the antioxidant activity of sunflower oil with a maximum increase of 15% compared to the original oil. received further development experimental substantiation of the factors that determine the effectiveness of enzymatic degumming of sunflower oil, namely the amount of enzyme, the amount of added moisture, and the temperature of enzymatic degumming. experimental substantiation of the factors that determine the effectiveness of the enzymatic processing of the oil sunflower fuzz, namely the amount of enzyme, the duration of the enzymatic processing and the temperature of the processing.