способ количественного определения массовой доли общего жира и жирных кислот в соапстоке

Формула изобретения

СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССОВОЙ ДОЛИ ОБЩЕГО ЖИРА И ЖИРНЫХ КИСЛОТ В СОАПСТОКЕ, предусматривающий кислотное разложение навески соапстока серной кислотой, разделение на жировую и водную фазы, экстракцию жировой фазы этиловым эфиром, введение этилового спирта, титрование свободных жирных кислот 0,5 н. раствором щелочи с последующим установлением значений искомых величин, отличающийся тем, что при кислотном разложении используют серную кислоту с концентрацией 72 75 в смеси с 1 мл изоамилового спирта, разделение фаз осуществляют в поле центробежных сил с фактором разделения 210 850 в течение 5 мин, причем этиловый спирт берут в количестве 40 мл к жировой фазе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к методам технохимического контроля производства в масложировой промышленности и исследованию качества получаемых побочных продуктов, а именно к способам количественного определения массовой доли общего жира и жирных кислот в соапстоке, получаемым при щелочной рафинации масел и жиров.

Соапсток представляет собой сложную систему, в состав которой входят мыло, образовавшееся в результате нейтрализации щелочью свободных жирных кислот, увлеченный мылом нейтральный жир и другие нежировые примеси. Эта система сложна не только из-за многочисленности ее компонентов, но из-за разнородности их свойств и взаимодействия между собой. Нейтральный жир находится в соапстоке внутри мешочка, образуемого пленкой мыла, адсорбционно, между пленками мыла и внутри стенок пленки мыла вследствие сопряженной растворимости.

В зависимости от способа рафинации концентрация общего жира в соапстоке колеблется от 6,0 до 50% при соотношении жирных кислот к нейтральному жиру от 12:1 до 1:1.

Анализ соапстока является важнейшим показателем, характеризующим не только качество побочного продукта, но и эффективную эксплуатацию оборудования рафинационного производства.

Поэтому для правильного выбора и поддержания оптимальных параметров, обеспечивающих минимальные отходы и потери жира на самой ответственной стадии щелочной нейтрализации жиров, необходимо иметь по возможности простой экспресс-метод анализа соапстока.

Известен способ определения общего содержания жира в мыльно-солевых растворах ускоренным методом [1] предусматривающий расщепление 30-50 мл испытуемого раствора 15 мл 10%-ной серной кислотой, нагрев, охлаждение, растворение содержимого колбы в бензине с добавлением воды для поднятия бензинового слоя, отбор бензинового слоя в предварительно высушенный и взвешенный стаканчик, удаление растворителя и взвешивание стаканчика с жиром. По разности между весом стаканчика с жиром и пустого стаканчика определяют количество жира во взятом объеме.

Существует способ определения соотношения нейтрального жира и жирных кислот в соапсточных жирах ускоренным методом [2] заключающийся в расщеплении пробы соапстока 10%-ным раствором серной кислоты, промывке выделенных жировых веществ горячей водой, центрифугировании в течение 5 мин, растворении 2 г смеси жирных кислот и нейтрального жира в спирто-эфирной смеси и титровании 0,5N раствором щелочи.

Недостатком вышеперечисленных способов является высокая погрешность результата анализа.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является метод определения общего содержания жира и жирных кислот в соапстоке, получаемых при рафинации масел, заключающийся в кислотном разложении пробы соапстока, многократной экстракции этиловым эфиром, отгонке эфира и сушке жировой фазы до постоянного веса с последующим растворением выделенных жирных кислот и нейтрального жира в спиртоэфирной смеси и титрованием 0,5N раствором щелочи.

Этот способ и был выбран нами в качестве прототипа изобретения.

Согласно этому способу [3] в колбу вместимостью 250 мл берут навеску соапстока около 5,0 г и приливают 50-60 мл горячей дистиллированной воды. В колбу добавляют 10% -ную серную кислоту до кислой реакции по метилоранжу и содержимое колбы кипятят на водяной бане до полного просветления выделившихся жирных кислот и нейтрального жира, охлаждают и переносят в делительную воронку, в которую предварительно наливают 10 мл этилового эфира. Колбу 2-3 раза ополаскивают небольшими порциями (по 20 мл) этилового эфира, которые также сливают в делительную воронку. Содержимое воронки перемешивают легким вращательным движением и после растворения жира отстаивают в течение 20-30 мин. Водный раствор спускают во вторую делительную воронку и встряхивают его с 20 мл этилового эфира. После отстаивания водный раствор сливают в колбу, в которой производилось разложение соапстока, и снова подвергают обработке эфиром в делительной воронке. После полного обезжиривания водного слоя, последний отбрасывают, а все эфирные вытяжки присоединяют к основному эфирному раствору в первой делительной воронке и промывают водой до нейтральной реакции по метилоранжу (3-4 раза). Промытые эфирные вытяжки фильтруют в высушенную до постоянного веса коническую колбу, эфир отгоняют, а остаток сушат до постоянного веса при 75-80^оС.

Выделенную смесь жирных кислот и нейтрального жира затем растворяют при нагревании на водяной бане в 50 мл смеси этилового эфира с этиловым спиртом (2: 1) и титруют 0,5N раствором едкого калия в присутствии фенолфталеина до розового окрашивания, неисчезающего в течение минуты.

Содержание общего жира (Х) вычисляют по формуле

X (1)

Содержание жирных кислот (Х_ж.к.) в пересчете на олеиновую кислоту определяют по формуле:

X_ж.к= 100, (2) где Р₁ масса жира, г;

Р навеска соапстока, г;

Y количество миллилитров 0,5N раствора щелочи, пошедшего на титрование, мл;

К поправка к титру раствора щелочи.

Содержание нейтрального жира определяют вычитанием найденного количества жирных кислот из найденного содержания общего жира.

Недостатками этого способа являются:

применение разбавленных растворов (10%-ной концентрации) серной кислоты, что в отдельных случаях приводит к неполному выделению жирных кислот и нейтрального жира;

необходимость проведения кислотного разложения пробы при нагревании t 90-95^oC;

обязательная многократная экстракция жира этиловым эфиром из водного раствора;

дополнительные операции отгонки этилового эфира и сушки остатка до постоянного веса при 75-80^оС;

значительная продолжительность выполнения анализа, минимум 6 ч.

Техническим результатом является упрощение и интенсификация метода количественного определения массовой доли общего жира и жирных кислот в соапстоке за счет сокращения количества операций и продолжительности проведения анализа.

Для достижения этого результата при осуществлении метода количественного определения массовой доли общего жира и жирных кислот в соапстоке путем кислотного разложения навески серной кислотой, разделения на жировую и водную фазы, экстракции жировой фазы этиловым эфиром, введения этилового спирта, титрованием свободных жирных кислот 0,5N растворами щелочи проводят разложением серной кислотой концентрацией 72-75% в смеси с 1 мл изоамилового спирта, а разделение фаз осуществляется в поле центробежных сил с фактором разделения 210-850 в течение 5 мин, причем этиловый эфир берут в количестве 40 мл.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

В жиромер отвешивают (5,00,1) г предварительно перемешанного соапстока, добавляют 6 мл дистиллированной воды и затем приливают 10 мл серной кислоты плотностью 1,81-1,82 г/см³ для расщепления мыла и 1 мл изоамилового спирта для более полного выделения жировых веществ. Необходимо строго придерживаться указанной последовательности и количеств вводимых реагентов, чтобы конечная концентрация серной кислоты не превышала 75%

Далее для выделения смеси жирных кислот и нейтрального жира жиромер с содержимым помещают в центрифугу и проводят центрифугирование в течение 5 мин при факторе разделения 210-850. Определяющийся при этом столбик жира в приборе должен быть прозрачным.

Затем осторожным движением пробки столбик жира устанавливают таким образом, чтобы он полностью располагался на шкале жиромера, начиная с целого деления и измеряют его длину в делениях. Отсчет производят при строго вертикальном положении прибора.

В случае анализа соапстока, образующегося при рафинации застывающих масел и жиров, жиромер перед измерением подогревают в водяной бане с температурой 50-60^оС в течение 3-5 мин.

После измерения жиромер осторожно открывают и всю массу переносят в делительную воронку. Жиромер ополаскивают этиловым эфиром в количестве 20 мл, который тоже сливают в делительную воронку. Содержимое воронки перемешивают легким вращательным движением и после растворения жира отстаивают в течение 10 мин.

Кислый водный слой сливают в колбу и однократно экстрагируют 20 мл этилового эфира. Эфирную вытяжку присоединяют к основному эфирному раствору и промывают холодной дистиллированной водой до нейтральной реакции по метилоранжу.

Промытый эфирный раствор, представляющий собой разбавленную (1-6%-ную) мисцеллу смеси жирных кислот и нейтрального жира, сливают в колбу, добавляют 15-20 мл этилового спирта из расчета 1:2 по отношению к эфиру и титруют 0,5N раствором едкого калия в присутствии фенолфталеина до неисчезающего в течение минуты розового окрашивания.

Содержание общего жира (Х) в соапстоке рассчитывается по формуле

X , (3)

Содержание жирных кислот (Х_ж.к.) в пересчете на олеиновую кислоту находят по формуле

X_ж.к= 100, (4) где Р навеска, г;

h длина столбика жиромера, дел;

5 коэффициент перевода показаний жиромера в проценты;

Y количество миллилитров 0,5N раствора щелочи, пошедшего на титрование, мл;

К поправка к титру раствора щелочи.

Содержание нейтрального жира рассчитывают как разность между найденными значениями общего жира и свободных жирных кислот.

Использование слишком слабой кислоты, конечной концентрации менее 50% приводит к образованию мутного беловатого столбика жира, что свидетельствует о недостаточно полном извлечении жировых веществ из анализируемой пробы соапстока.

Темный столбик жира или черный слой на нижней границе столбика жира получается при частичном обугливании пробы соапстока, что вызывает применение излишне крепкой кислоты, более 80%-ной концентрации, оказывающей разрушающее действие не только на белковослизистые примеси, но и на нейтральный жир.

Отличительным признаком способа является использование серной кислоты концентрацией в пределах 22-75%

Однократная экстракция пробы жира из соапстока этиловым эфиром с последующим прямым титрованием образующейся мисцеллы позволяет свести в одну стадию извлечение жировых веществ и определение содержания жирных кислот.

Наличие же изоамилового спирта предотвращает эмульгирование а это значит, что обе фазы водная и жировая разделяются эффективнее и быстрее.

В этом случае столбик жира приобретает светло-желтую окраску и становится прозрачным во всем объеме.

Способ исключает необходимость в проведении многократной экстракции пробы этиловым эфиром, отгонки эфира и сушки остатка до постоянного веса, что существенно сокращает количество необходимых операций, значительно упрощает и снижает продолжительность (с 6 ч до 40-50 мин) проведения анализа.

Граничные условия определялись экспериментально.

Опыты проводили на соапстоках, получаемых при рафинации масел и жиров периодическими и непрерывными способами, а также в мыльно-щелочной среде, которые нашли отражение в табл. 1.

П р и м е р 1 (прототип). В колбу отвешивают по 5,0 г соапстока и приливают 50 мл горячей дистиллированной воды и 12 мл 10%-ной серной кислоты для создания кислой среды. Содержимое колбы кипятят, охлаждают, переносят в делительную воронку и водный раствор трижды экстрагируют этиловым эфиром в количестве по 20 мл на каждую экстракцию до полного обезжиривания водного слоя. После чего водный слой отбрасывают, а соединенные эфирные вытяжки промывают водой до нейтральной реакции. Промытые эфирные вытяжки фильтруют через воронку с фильтром и вложенным в него кусочком гигроскопической ваты в высушенную до постоянного веса колбу. Воронку и фильтр промывают этиловым эфиром, эфир отгоняют, а остаток сушат до постоянного веса при 80^оС. Высушенную смесь жирных кислот и нейтрального жира растворяют при нагревании на водяной бане при 60^оС в 50 мл спиртоэфирной смеси (1:2) и титруют 0,5N раствором едкого калия в присутствии фенолфталеина до розового окрашивания.

Содержание общего жира, жирных кислот и нейтрального жира находят по вышеприведенным формулам 1, 2.

П р и м е р 2. В жиромер отвешивают по 5,0 г соапстока, добавляют 6 мл холодной дистиллированной воды, 10 мл серной кислоты плотностью 1,81 г/см³ и 1,0 мл изоамилового спирта. Жиромер плотно закрывают сухой резиновой пробкой и встряхивают до получения однородной смеси. Жиромер с содержимым помещают в центрифугу и центрифугируют в течение 5 мин при факторе разделения 460. Осторожным движением пробки столбик жира устанавливают на шкале жиромера, начиная с целого деления и измеряют его длину в делениях.

После измерения жиромер открывают и всю массу переносят в делительную воронку, ополаскивая жиромер 20 мл этилового спирта, который затем сливают в делительную воронку. Кислый водный слой однократно экстрагируют 20 мл этилового эфира. Содержимое воронки перемешивают и отстаивают в течение 10 мин. Эфирную вытяжку присоединяют к основному эфирному раствору и промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции.

В промытый эфирный раствор добавляют 20 мл спирта и полученную смесь титруют до розового окрашивания 0,5N раствором щелочи.

В табл. 1-4 приведены показатели, обосновывающие существенность признаков.

В соответствии с описанной методикой были проанализированы образцы соапстока различной концентрации (от 5 до 30%).

Для учета систематической составляющей погрешности, возникающей из-за неточности изготовления жиромеров, измерения выполняли одновременно на четырех приборах.

Результаты анализов приведены в табл. 5.

Статистический анализ полученных результатов показал, что суммарная погрешность однородна в диапазоне 5-30% и характеризуется средним квадратическим отклонением S 0,4% с числом степеней свободы 33.

Доверительный интервал абсолютной погрешности метода равен

С_с t S 2,030,4 0,8% где t 2,03 табличное значение коэффициента Стьюдента.

Для оперативного контроля эта погрешность удовлетворительна, поэтому нет необходимости в параллельных измерениях. Продолжительность определения содержания жира в одной пробе соапстока не превышает 45 мин.