Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения растительного масла с заданным соотношением незаменимых жирных кислот

Изобретение относится к масложировой промышленности и может быть использовано для получения масла с заданным соотношением полиненасыщенных незаменимых жирных кислот ω-6:ω-3 из смеси масличных семян (маслосодержащего сырья).

Известен способ получения пищевого функционального продукта на основе растительных масел (Патент №2169478). Задачей данного изобретения является создание пищевого функционального продукта из традиционных и доступных растительных масел с оптимальным сбалансированным для физиологии человека составом. Расчет массовой доли растительных масел при составлении двухкомпонентного купажа из подсолнечного и льняного масла осуществляется следующим образом:

где m_п - масса рафинированного, недезодорированного подсолнечного масла, т;

m_л - масса пищевого льняного масла, т;

с_п¹ - концентрация линолевой кислоты в подсолнечном масле, мас. %;

с_п² - концентрация линоленовой кислоты в подсолнечном масле, мас. %;

с_л¹ - концентрация линолевой кислоты в льняном масле, мас. %;

с_л² - концентрация линоленовой кислоты в льняном масле, мас. %.

Система уравнений (1) решается относительно величин m_п и m_л.

Недостатком данного способа является то, что в расчете не учитывается масличность исходного сырья, которая зависит от вида сырья, сорта, условий выращивания и получения и варьирует в широких пределах, что существенно влияет на формирование соотношения незаменимых жирных кислот в масле.

Наиболее близким является способ получения растительных масел с заданным жирно-кислотным составом (Патент №2595353). Данный способ осуществляется следующим образом:

1) на первом этапе расчета определяется фактический жирно-кислотный состав исходных семян масличных культур разных сортов (маслосодержащего сырья), затем производится исходный расчет количества семян каждого сорта для получения заданного соотношения жирно-кислотного состава. Расчет проводится следующим образом: в известную программу вводятся исходные данные смешиваемых семян (жирно-кислотный состав, влажность, масличность. сорность) и рассчитывается количество каждого сорта для заданного соотношения. Затем производится дозирование семян по исходному расчету и их смешивание. Масло получают прессованием в лабораторных условиях, фильтруют и определяют его жирно-кислотный состав;

2) далее по полученным результатам в известную расчетную программу вводятся уточнения и проводится дополнительный расчет количества семян каждого сорта для получения масла с заданным жирно-кислотным составом, смешивание семян, опытное прессование, фильтрация масла и определение его жирно-кислотного состава. По полученным результатам проводится окончательное определение количества семян каждого сорта для получения масла с заданным жирно-кислотным составом. Это определение проводится путем уточненного расчета извлекаемой доли каждой из жирных кислот из смеси сортов семян масличных культур для получения соотношения этих кислот по четырем кинетическим коэффициентам селективности. С учетом кинетических коэффициентов селективности, характеризующих формирование смеси масличных культур в зависимости от сорта и содержания в нем жирной кислоты, составляется система с ограниченным числом уравнений, равным числу неизвестных (2)

где n - количество извлекаемых масел;

х_i - содержание целевого компонента в i-м сорте, %;

y_j - содержание целевого компонента в j-м сорте, %;

l_i(j) - массовая доля i(j)-го сорта в составе смеси;

k_i - кинетический коэффициент селективности извлечения i-го целевого компонента из j-го сорта;

k_j - кинетический коэффициент селективности извлечения j-го целевого компонента из i-го сорта;

К - требуемый коэффициент соотношения содержания жирных кислот.

Полученная система уравнений решается, в результате этого находят искомое необходимое соотношение семян масличных культур разных сортов для получения из этой смеси масла с заданным жирно-кислотным составом.

Данный способ имеет следующие недостатки: на первом этапе расчета количества семян каждого сорта в смеси для получения масла с заданным соотношением незаменимых жирных кислот используются несущественные показатели сорности и влажности семян, что снижает точность расчета, характеризующуюся модулем относительной погрешности получаемого соотношения незаменимых жирных кислот в масле в сравнении с заданным соотношением. Следствием этого является необходимость проведения дополнительного расчета количества разных семян в смеси для получения масла с заданным соотношением незаменимых жирных кислот, проведение дополнительного опытного прессования и определения жирнокислотного состава масла и только потом уточненного расчета, что увеличивает трудоемкость и время всего расчета.

Задачей изобретения является создание способа получения масла с заданным соотношением незаменимых жирных кислот ω-6:ω-3 с ускоренным и менее трудоемким расчетом необходимого соотношения семян в смеси при сохранении точности расчета.

Техническим результатом изобретения является снижение затрат времени на расчет и трудоемкости расчета смеси семян для получения масла с заданным соотношением незаменимых жирных кислот.

Технический результат достигается тем, что в заявляемом способе получения масла с заданным соотношением незаменимых жирных кислот, включающем определение жирно-кислотного состава исходных семян масличных культур, исходный расчет количества семян каждого вида, дозирование семян по исходному расчету, смешивание семян, прессование смеси, фильтрацию масла, определение жирно-кислотного состава масла, проведение уточненного расчета количества семян каждого вида для получения масла с заданным соотношением незаменимых жирных кислот по системе уравнений (2)

где n - количество извлекаемых масел;

x_i - содержание целевого компонента в i-м виде семян, %;

y_j - содержание целевого компонента в j-м виде семян, %;

l_i(j) - массовая доля i(j)-го сорта в составе смеси;

k_i - кинетический коэффициент селективности извлечения i-го целевою компонента из j-го вида семян;

k_j - кинетический коэффициент селективности извлечения j-го целевого компонента из i-го вида семян;

К - требуемый коэффициент соотношения содержания жирных кислот,

смешивание семян по уточненному расчету, прессование, фильтрацию, определение жирно-кислотного состава и фасовку полученного масла. При этом исходный расчет состава смеси семян осуществляется с помощью системы линейных уравнений (3)

где m₁ - масса первого вида семян в смеси, кг (г, т);

- содержание подиненасыщенной ω-6 кислоты в первом виде семян, %;

М₁ - масличность первого вида семян, %;

m₂ - масса второго вида семян в смеси, кг (г, т);

- содержание полиненасыщенной ω-6 кислоты во втором виде семян, %;

М₂ - масличность второго вида семян, %;

- содержание полиненасыщенной ω-3 кислоты в первом виде семян, %;

- содержание полиненасыщенной ω-3 кислоты во втором виде семян, %;

y - требуемое соотношение полиненасыщенных жирных кислот ω-6:ω-3.

Технический результат достигается за счет того, что на первом этапе исходный расчет состава смеси семян осуществляется решением системы указанных выше простых линейных уравнений без использования значений по влажности и сорности семян и известной расчетной программы. Эти значения в предлагаемом способе не используются, так как исследования показали, что влажность и сорность семян в смеси в пределах общепринятых ограничений для проведения их прессования (например, для семян льна массовая доля влаги 6-7%, массовая доля сорных примесей 1-2%) значимо не влияют на соотношение незаменимых жирных кислот ω-6:ω-3 в получаемом масле. Исходный расчет предлагаемого способа менее трудоемок, не требует применения расчетной программы и является более точным по сравнению с исходным расчетом способа-прототипа. При этом точность исходного расчета, измеряемая модулем относительной погрешности получаемого соотношения незаменимых жирных кислот в масле по сравнению с заданным соотношением, не превышает максимальный модуль относительной погрешности определения жирно-кислотного состава, равный 11% согласно ГОСТ 30418 «Масла растительные. Метод определения жирнокислотного состава». Такая точность позволяет не проводить дополнительный расчет и дополнительное опытное прессование, как в способе-прототипе, а сразу проводить уточненный расчет. Это снижает трудоемкость и сокращает затраты времени на весь расчет. При этом точность всего расчета как в способе-прототипе, так и в заявляемом способе аналогичны (см. примеры).

Заявляемый способ осуществляется следующим образом:

На первом этапе определяется фактический жирно-кислотный состав исходных масличных семян, затем производится исходный расчет количества каждого вида семян для получения заданного соотношения незаменимых жирных кислот ω-6:ω-3 с помощью системы линейных уравнений (3)

где m₁ - масса первого вида семян в смеси, кг (г, т);

- содержание полиненасыщенной ω-6 кислоты в первом виде семян, %;

М₁ - масличность первого вида семян, %;

m₂ - масса второго вида семян в смеси, кг (г, т);

- содержание полиненасыщенной ω-6 кислоты во втором виде семян, %;

М₂ - масличность второго вида семян, %;

- содержание полиненасыщенной ω-3 кислоты в первом виде семян, %;

- содержание полиненасыщенной ω-3 кислоты во втором виде семян, %;

y - требуемое соотношение полиненасыщенных жирных кислот ω-6:ω-3.

Далее производится дозирование каждою вида семян по расчету и смешивание. Масло извлекают в лабораторных условиях, фильтруют и определяют его жирно-кислотный состав. По полученным результатам проводится окончательный расчет количества маслосодержащего сырья каждого вида для получения масла с заданным соотношением ω-6:ω-3 кислот. Это определение проводится путем расчета извлекаемой доли каждой из жирных кислот из смеси семян для получения соотношения этих кислот по четырем кинетическим коэффициентам селективности. С учетом кинетических коэффициентов селективности, характеризующих формирование смеси семян в зависимости от вида и содержания в нем жирной кислоты, составляется система с ограниченным числом уравнений (2), равным числу неизвестных

где n - количество извлекаемых масел;

x_i - содержание целевого компонента в i-м виде семян, %;

у_j - содержание целевого компонента в j-м виде семян, %;

l_i(j) - массовая доля i(j)-го сорта в составе смеси;

k_i - кинетический коэффициент селективности извлечения i-го целевого компонента из j-го вида семян;

k_j - кинетический коэффициент селективности извлечения j-го целевого компонента из i-го вида семян;

К - требуемый коэффициент соотношения содержания жирных кислот.

Полученная система уравнений решается, в результате этого находят окончательное соотношение каждого вида семян для получения из этой смеси масла с заданным соотношением ω-6:ω-3 кислот. Далее производится дозирование каждого вида семян по уточненному расчету, смешивание и прессование смеси, фильтрация и фасовка масла.

Заявляемый способ подтверждается и иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1 (проведение расчета по известному способу). В качестве разных видов семян используют низколиноленовый и высоколиноленовый сорта льна. На первом этапе расчета определяют для каждого из сортов льна фактический жирно-кислотный состав семян. С помощью программы Excel проводят исходный расчет необходимого количества каждого из сортов семян льна (с учетом их влажности, масличности и сорности) для получения соотношения ω6:ω3 полиненасыщенпых жирных кислот 4:1. Проводят дозирование семян в соответствии с расчетом и их смешивание. Масло из смеси извлекают в лабораторных условиях, фильтруют и определяют его жирно-кислотный состав. Так как соотношение ω6:ω3 полиненасыщенных жирных кислот получилось 3,04:1, а не 4:1 (модуль относительной погрешности составляет 24,0%), проводят уточненный расчет и опытное прессование повторяют. После уточненного расчета получают смесь с соотношением ω6:ω3 полиненасыщенных жирных кислот 3,57:1 (модуль относительной погрешности составляет 10,8%). Далее по полученным результатам проводится окончательное определение количества семян каждого сорта для получения масла с заданным жирно-кислотным составом.

Это определение проводится путем расчета извлекаемой доли каждой из жирных кислот из смеси сортов семян масличных культур для получения необходимого соотношения этих кислот и выведения четырех кинетических коэффициентов селективности извлечения линолевой (ω6) и линоленовой (ω3) кислот k₁₁, k₁₂, k₂₁ и k₂₂, которые приведены в таблице 1.

Составляют систему из четырех уравнений с четырьмя неизвестными (4) и решают с учетом полученных кинетических коэффициентов селективности извлечения целевого компонента

Решая систему из четырех уравнений с четырьмя неизвестными (4), находят количество семян каждого сорта для получения смеси с соотношением ω6:ω3 полиненасыщенных жирных кислот 4:1. Таким образом, для получения смеси заданного соотношения берут 11% семян сорта ВНИИМК 620 и 89% семян сорта Нилин.

Далее проводят дозирование семян в соответствии с расчетным количеством и смешивание семян. Из полученной смеси извлекают масло прессованием и фильтруют его.

Пример 2 (проведение расчета по заявляемому способу). В качестве маслосодержащего сырья используют высоколиноленовые и низколиноленовые сорта льна. На первом этапе расчета определяют для каждого из сортов льна фактический жирно-кислотный состав семян. Исходный расчет необходимого количества каждого из сортов семян льна для получения заданного соотношения ω6:ω3 полиненасыщенных жирных кислот 4:1 определяют с учетом масличности исходных семян, решая систему линейных уравнений

где m₁ - масса высоколиноленовыхеемян льна в смеси, кг (г, т);

- содержание полиненасыщенной ω-6 кислоты в высоколиноленовых семенах льна, %;

M₁ - масличность высоколиноленовых семян льна, %;

m₂ - масса низколиноленовых семян льна в смеси, кг (г, г);

- содержание полиненасыщенной ω-6 кислоты в низколиноленовых семенах льна, %;

М₂ - масличность низколиноленовых семян льна, %;

- содержание полиненасыщенной ω-3 кислоты в высоколиноленовых семенах льна, %;

- содержание полиненасыщенной ω-3 кислоты в низколиноленовых семенах льна, %;

y - требуемое соотношение полиненасыщенных жирных кислот ω-6:ω-3.

Получают искомую массу высоколиноленовых семян m_в=14% и низколиноленовых m_н=86%. Далее проводят дозирование семян в соответствии с расчетом и их смешивание. Масло из смеси извлекают в лабораторных условиях, фильтруют и определяют его жирно-кислотный состав. Получают соотношение ω6:ω3 полиненасыщенных жирных кислот 3,63:1 (модуль относительной погрешности составляет 9,3%). По полученным результатам проводится окончательное определение количества семян каждого сорта для получения масла с заданным соотношением незаменимых жирных кислот. Это определение проводится путем расчета извлекаемой доли каждой из жирных кислот из смеси сортов семян масличных культур для получения необходимого соотношения этих кислот и выведения четырех кинетических коэффициентов селективности извлечения линолевой (ω6) и линоленовой (ω3) кислот k₁₁, k₁₂, k₂₁ и k₂₂, которые приведены в таблице 2.

Составляют систему из четырех уравнений с четырьмя неизвестными (4) и решают с учетом полученных кинетических коэффициентов селективности извлечения целевого компонента

Решая систему из четырех уравнений с четырьмя неизвестными (4), находят количество семян каждого сорта для получения смеси с соотношением ω6:ω3 полиненасыщенных жирных кислот 4:1. Таким образом, для получения смеси заданного соотношения берут 11% семян сорта ВНИИМК 620 и 89% семян сорта Нилин.

Далее проводят дозирование семян в соответствии с расчетным количеством и смешивание семян. Полученную смесь направляют на извлечение масла прессованием. Полученное масло подвергают фильтрации.

В полученном по расчету способа-прототипа и по заявляемому способу расчета масле определяют соотношение ω6:ω3 полиненасыщенных жирных кислот. Также определяют время расчета по каждому способу и его трудоемкость. Трудоемкость определяют по десятибалльной шкале. Сравнительная характеристика способов получения масла с заданным соотношением незаменимых жирных кислот приведена в таблице 3.

Данные примеров показывают, что заявляемый способ получения масла с заданным соотношением незаменимых жирных кислот ускоренный и менее трудоемкий за счет снижения трудоемкости и затрат времени на расчет смеси семян при сохранении его точности.