Ph.D tézisek
Új analitikai eljárás kidolgozása és alkalmazása növényolajok illékony komponenseinek vizsgálatára
Doleschall Fruzsina okl. vegyészmérnök
Témavezető:
Dr. Sevella Béla
Budapest, 2003
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Mezőgazdasági Technológia és Kémiai Tanszék
Bevezetés:
A növényolajokban lejátszódó oxidációs folyamatok során keletkező termékek negatívan befolyásolják az olajok érzékszervi tulajdonságait és a felhasználhatóságát. Az oxidáció nyomon követésére hagyományosan alkalmazott módszerek hátrányai, hogy nem adnak pontos információt a vizsgált vegyületcsoportok pontos összetételéről, illetve mennyiségéről továbbá oldószereket, toxikus reagenseket használnak. Az oxidáció másodlagos termékei, a rövid szénláncú aldehidek, ketonok, zsírsavak és alkoholok illékony vegyületek, melyeket gőztér analízisre szolgáló technikákkal lehet nyomon követni. Munkám során kidolgoztam egy szilárd fázisú mikroextrakción (SPME) alapuló analitikai eljárást növényolajok illékony komponensinek gőztérből történő meghatározására. A SPME előnye, hogy gyors, egyszerűen kezelhető, oldószermentes technika, amely nem igényel nagy beruházási költséget.
Első lépésben optimalizáltam a mérés körülményeit, majd ismételt vizsgálatokkal ellenőriztem a módszer megbízhatóágát. Az új eljárás hatékonyságát összehasonlítottam statikus és kétféle dinamikus gőztér analízis módszerrel. Munkám második részében vizsgáltam a HS-SPME alkalmazási lehetőségeit növényolajipari mintákon és folyamatokon.
Vizsgáltam az illékony komponensek képződését és eltávolítását magfeldolgozás, nyersolaj gyártás, nyersolaj tárolás, fizikai és kémiai finomítás továbbá kétféle sütési eljárás során. A nyersolaj finomítás lépései közül részletesen vizsgáltam a derítés és a dezodorálás során.
Új tudományos eredmények:
• A mérési körülmények optimalizálása során megállapítottam, hogy a vizsgált szálak közül a Carboxen, divinilbenzol, polidimetilsziloxánnal bevont 2 cm hosszú szál rendelkezik a legnagyobb érzékenységgel és a legkisebb szelektivitással. 30ml-es fiolát alkalmazva 2g minta mennyiség, 45 perces, 80°C extrakció, 5 perces 250°C deszorpció
• Az illékony anyagok mennyiségének vizsgálatakor a módszer ismételhetőségének relatív standard devianciája megegyezett az eljárás reprodukálhatóságának relatív standard deviációjával (26,4%). Az illékony komponensek összetételét vizsgálva a módszer ismételhetőségének relatív hibája 10,3%, míg reprodukálhatóságáé 14,0%.
• A különböző gőztér analízisre szolgáló technikák összehasonlításakor megállapítottam, hogy a statikus módszer kevésbé érzékeny és szelektívebb a rövidebb szénláncú, illékonyabb
komponensekre, mint a SPME módszer. Mindkét vizsgált dinamikus technika nagyobb érzékenységgel rendelkezett, mint a SPME eljárás.
• Az eltérő eredetű nyersolajok illékony komponenseinek vizsgálata során megállapítottam, hogy az alfa-pinén a napraforgó, a 2- isopropil-5-metilhex-2-enal a kukoricacsíra olaj, a benzaldehid a mogyoróolaj, a 4-metil-2,5-dimetoxi-benzaldehid pedig a repceolaj jellegzetes aroma komponense. A szója olajban nem találtam olyan komponenst, melyet a többi vizsgált olajból ne lehetett volna kimutatni.
• Magfeldolgozás lépéseinek vizsgálata során megállapítottam, hogy a héjra tapadó olajos por és ennek következtében a héj nagy illékony anyag tartalommal rendelkezik, amit a nagy fajlagos felülettel és a levegő oxigénjével való közvetlen kapcsolattal magyaráztam.
Bemutattam,
hogy a hajalás során a héj eltávolításával csökken a hajalt mag illékony anyag tartalma.
• Napraforgó nyersolaj tárolása és rendszeres fizikai finomítása során bizonyítottam, hogy a dezodorált olaj illékony anyag tartalma nagymértékben függ a nyersolaj oxidációs állapotától. A kapott eredményekből azt a következtetést vontam le, hogy tárolás során a nyersolaj oxidációra érzékenyebbé, instabillá válik, amit az UV232
mérés kivételével a hagyományos technikák még nem jeleznek.
• Ipari mintákon bizonyítottam, hogy mind a fizikai mind a kémiai finomítás esetén a derítés és a dezodorálás van a legnagyobb hatással a napraforgó olaj illékony komponenseinek mennyiségére.
A derítés részletes vizsgálata során megállapítottam, hogy a derítőföld aktiváltsága és adagolása befolyásolja a derített olaj illékony anyag tartalmát. Azonos adagolás esetén az erősebben aktivált föld használatakor jobban megnőtt a repceolaj illékony anyag tartalma, mint a gyengébben aktivált föld esetén. Bemutattam, hogy a derítés során a megváltozik az olaj illékony komponenseinek összetétele. Az erősebben aktivált föld esetén már 0,6 %-os adagolás esetén is kimutatható az E,Z- és az E,E-2,4-decadienal, míg gyengébben aktivált föld esetén ezek a komponensek csak 1,2
%-os adagolás mellett képződtek. A derített olajok vizsgálata során jó egyezést kaptam a kinyert illékony komponensek mennyisége és a p- anizidin szám között.
Napraforgó olaj dezodorálása során kimutattam, hogy az aroma komponens (alfa-pinén) még a felmelegítési szakaszban távozik az olajból, azonban az aldehidek teljes mennyiségének eltávolításához 3,5 órára volt szükség. Az illékony komponensek közül az E,E,-2,4- decadienal volt legtovább kimutatható.
• Az illékony komponensek mérése segítségével is bizonyítottam, hogy sütés közben az olaj lehűtése és felmelegítése káros hatással van az olaj oxidációs állapotára.
Publikációk:
1. F. Doleschall, K. Recseg, Zs. Kemény, K. Kővári: Comparison of differently coated SPME fibres applied for monitoring volatile substances in vegetable oils, European Journal of Lipid Science and Technology, 105 (2003), 333-338
2. F. Doleschall, Zs. Kemény, K. Recseg, K. Kővári: A new analytical method to monitor lipid peroxidation during bleaching, European Journal of Lipid Science and Technology, 104 (2002), 14-18
3. F. Doleschall: Comparison between alternative headspace techniques applied to vegetable oils Olaj Szappan Kozmetika, 6 (2001), 217-220
4. F. Doleschall, Zs. Kemény, K. Recseg, K. Kővári: Monitoring of Lipid Degradation Products by Solid-phase Microextraction, Journal of Microcolumn Separation 13 (2001), 215-220
5. F. Doleschall: Determination of volatile compounds by different headspace techniques, Olaj Szappan Kozmetika, 49 (2000), 136-138
Előadások:
1. K. Recseg, F. Doleschall, Zs. Kemény, K. Kővári: Analytical Markers - How to Predict the Possible Oil Refining and Stability Problems. 24th ISF Congress, Berlin Germany 2001
2. K. Kővári, Zs. Kemény, F. Dolechall, K. Recseg: Influence of Storage, Crushing and Refining Process on Minor Constituents and Stability of Refined Oils 24th ISF Congress, Berlin Germany 2001
3. F. Doleschall, K. Recseg, Zs. Kemény, K. Kővári: Characterisation of vegetable oils’ oxidative state by SPME Poster presentation at 23rd International Symposium on Capillar Column Chromatography, Riva del Garda Italy 2000
4. K. Recseg, K. Kővári, Zs. Kemény, F. Doleschall, J. Denise, J. Holló:
Application of different instrumental techniques to characterise the oxidative state of vegetable oil. Oral presentation at 23rd World Congress and Exhibition of International Society of Fat Research (ISF), Brighton great Britain 1999
Köszönet nyilvánítás:
Ezúton szeretném megköszönni a munkám során nyújtott segítséget:
- a Bunge Növényolajipari Rt-nek - a Varga József alapítványnak
- a Bunge Rt. Kutatóintézet dolgozóinak - a Bunge Rt. Martfűi gyár dolgozóinak - Dr. Sevella Bélának
Pierre Yves Vigneron-nak és George Henon-nak
