Фракционирование жиров

Фракционирование жиров — это один из видов модификации масел, который, в отличие от гидрогенизации и переэтерификации, является чисто физическим процессом. Он заключается в последовательном охлаждении масла, его частичной кристаллизации и последующем разделении на фракции с различной температурой плавления. Комбинация фракционирования и переэтерификации позволяет получать жиры с заданными свойствами, которые ранее получали лишь гидрированием и которые не содержат в своём составе вредных для здоровья транс-изомеров.

Фракционирование жиров с успехом применяется для получения эквивалентов и заменителей масла какао, заменителей молочного жира, кондитерских, кулинарных, фритюрных жиров и салатных масел[1].

История фракционирования жировПравить

Фракционирование — самый старый метод модификации жиров, применяемый уже более 150 лет. Его преимущества впервые были оценены европейскими морскими транспортными компаниями, которые импортировали кокосовое масло из Шри-Ланки в длинных деревянных бочках — «цейлонских трубах». Трубы заполнялись тёплым жидким маслом, которое впоследствии медленно охлаждалось при транспортировке по морю из жаркого тропического климата в холодный европейский. В сочетании с раскачиванием судна морскими волнами это приводило к образованию в толще масла взвеси кристаллов; благодаря более высокой плотности, эти кристаллы, в конечном итоге, оседали на дно бочек. Потребители, получавшие фракционированное кокосовое масло, быстро поняли, что его твёрдая фракция гораздо более пригодна для использования в глазурях и кувертюрах. Таким образом, можно рассматривать деревянные бочки как первые кристаллизаторы жиров[2][3][4].

Изобретение первого запатентованного «метода получения жиров животного происхождения с особыми свойствами» приписывают Ипполиту Меж-Мурье в 1869 г. Он придумал, как сделать заменитель сливочного масла, медленно охладив свиной жир и выделив из него жидкую фракцию[2].

Активное развитие промышленного фракционирования жиров началось в 1960-е гг., когда объёмы производства пальмового масла в Юго-Восточной Азии стали стремительно увеличиваться, а налоги на экспорт рафинированного пальмового масла были снижены. В то время технология была ограничена эффективностью разделения фаз: использовалась только сила гравитации, то есть олеин и стеарин разделялись отстаиванием. Это приводило к тому, что в твёрдой фракции оставалось значительное количество жидкого масла (до 75 %), что ощутимо ухудшало качество стеарина[2][5][6]. В последующие десятилетия развитие методов разделения (начиная ленточными фильтрами, центрифугами и заканчивая мембранными пресс-фильтрами высокого давления) позволило сделать фракционирование эффективным и экономически выгодным процессом модификации жиров.

Процесс фракционирования жировПравить

Природные жиры и масла являются не химически чистым однокомпонентным веществом, а сложной смесью из нескольких десятков веществ. Каждое из этих веществ (триглицеридов) имеет свою собственную определённую температуру плавления. Будучи смесью, жиры и масла не имеют точной температуры плавления, а только определённый диапазон плавления[2][7].

Процесс фракционирования заключается в контролируемом охлаждении жира, что инициирует частичную (то есть фракционную) кристаллизацию: часть жира превращается в твёрдые кристаллы, часть остаётся в жидком состоянии. Эта смесь затем различными способами разделяется на фракции с различной температурой плавления — олеин (жидкую низкоплавкую фракцию) и стеарин (твёрдую высокоплавкую фракцию)[2].

Вне зависимости от способа процесс фракционирования включает следующие обязательные этапы:

  • полное расплавление жира;
  • медленное охлаждение жира при слабом перемешивании (или без перемешивания);
  • разделение твёрдой и жидкой фракций с различными физико-химическими свойствами[1].

На сегодняшний день существует две основных технологии фракционирования жиров:

  • сухое фракционирование — самый простой метод фракционирования, с успехом применяющийся для модификации. Он заключается в медленном поэтапном охлаждении жира и последующем разделении фракций. Это самый экологически чистый способ модификации, поскольку жир не подвергается воздействию химических веществ и катализаторов (как в случае переэтерификации и гидрогенизации).
  • жидкостное фракционирование отличается от сухого тем, что жир предварительно смешивается с каким-либо органическим растворителем. Полученный раствор поэтапно охлаждается, затем производится разделение фракций. Присутствие растворителя существенно сокращает время охлаждения и снижает вязкость масла, что упрощает разделение олеина и стеарина и, в конечном итоге, позволяет провести процесс более селективно и получить более чистые фракции. После фракционирования остаточный растворитель удаляется из олеина и стеарина. Несмотря на значительно более высокую стоимость процесса, жидкостное фракционирование незаменимо при модификации жиров, для которых не подходит сухое фракционирование[8][2].

Основным преимуществом фракционирования перед гидрогенизацией и переэтерификацией является обратимость процесса: если полученные фракции плохого качества, смешав их, можно получить исходный жир и затем повторить процесс. Кроме того, фракционирование не требует предварительной очистки масел от сопутствующих веществ, которые могут отравлять катализаторы гидрирования и переэтерификации.

ПрименениеПравить

Жир, который в промышленности фракционируют в наибольших объёмах, — пальмовое масло: в 2009 г. количество фракционированного пальмового масла составило около 30 млн т. Соотношение насыщенных и ненасыщенных жирных кислот, а также высокоплавких и низкоплавких триглицеридов в нём составляет приблизительно 1:1, а потому его просто разделить на стеарин и олеин. Полученные фракции можно снова подвергать фракционированию. Такое многоступенчатое фракционирование пальмового масла позволяет получать продукты с особыми свойствами: эквиваленты масла какао, максимально приближенными по свойствам к дорогостоящему маслу какао; заменители молочного жира и кондитерские жиры без транс-изомеров; салатные масла и жиры для жарки с высокой устойчивостью к окислению. Фракционированием побочного продукта производства пальмового масла — пальмоядрового масла — получают лауриновые заменители масла какао[6][7][9].

ПримечанияПравить

  1. 1 2 Timms, R.E. Fractional crystallisation — the fat modification process for the 21st century. Eur. J. Lipid Sci. Technol. 2005, 107, 48-57.
  2. 1 2 3 4 5 6 Calliauw, G. Dry Fractionation. In: AOCS Lipid Library, Edible Oil Processing.
  3. Rossell, J.B. Fractionation of lauric oils. J. Am. Oil Chem. Soc. 1985, 62, 385—389
  4. Illingworth, D. Fractionation of fats. In: Physical Properties of Lipids, pp. 411—477 (A.G. Marangoni and S.S. Narine (eds.). Marcel Dekker, 2002, New York, USA).
  5. Hamm, W. Entrainment, are we making progress? Lecture Paper Series. Society of Chemical Industry (2005).
  6. 1 2 Kellens, M. et al. Palm oil fractionation. Eur. J. Lipid Sci. Technol. 2007, 109, 336—349.
  7. 1 2 Modification of Fats and Oils. In: Fats and Oils Handbook, pp. 446—612 (M. Bockisch (ed.), AOCS Press, 1998, Urbana, IL).
  8. Dijkstra, A.J. Modification Processes and Food Uses. In: The Lipid Handbook, 3rd ed, pp. 263—355 (F.D. Gunstone, J.L. Harwood, A.J. Dijkstra (eds.), CRC Press, 2007, Boca Raton, FL).
  9. Раджа, К. К. Жиры в пищевой промышленности. СПб: ИД «Профессия», 2016. 464 с.