Johdanto
Useimmat ruokaöljyt uutetaan kasveista tai kasvien siemenistä. Ensimmäisen oliivipuiden kohdennetun viljelyn uskotaan tapahtuneen Kreetan saarella noin vuonna 3500 eKr. Ihmisten ravinnoksi ja saippuan valmistukseen käytetyn oliiviöljyn lisäksi oliiviöljyä käytettiin myös katolisessa liturgiassa. Kuvassa 1 on Pompeijissa sijaitseva öljymylly (oliivimurskain) vuodelta 80 eKr.
Hedelmät ja siemenet, joista öljyt on tarkoitus uuttaa, puhdistetaan ensin ja murskataan sitten telojen välissä. Koska juuri puristetut öljyt sisältävät yleensä myös liitännäisaineita, kuten haju-, maku- tai karvasaineita - tai kasvinosia, samentumia tai limaa - ne usein jalostetaan niiden säilymisen helpottamiseksi. Tätä varten raakaöljy kuumennetaan, mutta tällöin menetetään osa raa'asta öljystä ja myös ravitsemuksellisesti ja fysiologisesti hyödyllisiä aineita, kuten tokoferoleja, vähennetään. Monityydyttymättömien rasvahappojen pitoisuuteen tämä käsittelyvaihe ei kuitenkaan vaikuta. Puhdistetuille öljyille on ominaista neutraali tuoksu ja maku, pidempi säilyvyysaika ja se, että ne eivät varastoinnin aikana laskeudu.
Kylmäpuristettuja öljyjä ei puhdisteta, vaan ne uutetaan ainoastaan puristamalla ja suodattamalla. Puristuksessa syntyvä lämpö haihdutetaan jäähdyttämällä puristinta. Näin saatua öljyä kutsutaan "kylmäpuristetuksi", "kylmäpuristetuksi", "käsittelemättömäksi" tai "väärentämättömäksi", ja se luokitellaan erittäin korkealaatuiseksi [2, 3].
Rasvat ja öljyt ovat triglyseridejä tai kolmenarvoisen alkoholin glyseriinin (1,2,3-propaanitrioli) kolmoestereitä. Rasvahapot, joiden kanssa glyseriini on esteröity, luokitellaan tyydyttyneisiin, tyydyttymättömiin tai monityydyttymättömiin. Se, että rasvat ovat huoneenlämmössä kiinteitä, kun taas öljyt ovat nestemäisiä, johtuu tyydyttymättömien rasvahappojen pitoisuudesta. Lisääntyneen tyydyttymättömän rasvahappopitoisuuden (pääasiassa cis-asemassa) vuoksi KiteytyminenKiteytyminen on fysikaalinen kovettumisprosessi, joka tapahtuu kiteiden muodostuessa ja kasvaessa. Tämän prosessin aikana vapautuu kiteytymislämpöä.kiteytyminen estyy ja öljyjen Sulamislämpötilat ja lämpöarvotAineen fuusioentalpia, joka tunnetaan myös latenttina lämpönä, on mitta, jolla mitataan energiapanosta, yleensä lämpöä, joka tarvitaan aineen muuttamiseksi kiinteästä olomuodosta nestemäiseksi. Aineen sulamispiste on lämpötila, jossa aine vaihtaa olomuotoaan kiinteästä olomuodosta (kiteinen) nestemäiseksi olomuodoksi (isotrooppinen sula).sulamispiste laskee. Näin ollen öljyjen sulamis- ja kiteytymislämpötilojen ja tyydyttymättömien rasvahappojen pitoisuuksien välillä on odotettavissa korrelaatio.
Kokeellinen
Kaupallisesti saatavilla olevien ruokaöljyjen sulamis- ja kiteytymiskäyttäytymistä tutkittiin NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® μ-anturilla varustetulla laitteella. Puhdistuskaasuna käytettiin typpeä (5.0); puhdistuskaasun määrä oli 40 ml/min. Öljyt annosteltiin tavallisiin alumiinisiin upokkaisiin, joissa oli lävistetyt kannet, siten, että upokkaiden pohja-alue kastui kokonaan. Mittausparametrit ja näytteiden massat on esitetty taulukoissa 1 ja 2.
Taulukko 1: Mittausolosuhteet
| Mittauslaite | DSC 204 F1 Phoenix® |
| Anturi | μ-anturi |
| Jäähdytys | GN2, automaattinen |
| Upokas | Al, lävistetty |
| Ilmakehä | Typpi |
| Kaasun virtausnopeus | 40 ml/min |
| Lämmitys-/jäähdytysnopeus | 5 K/min |
Taulukko 2: Näytteiden massat [mg]
| Oliiviöljy | Maapähkinäöljy | Seesamiöljy | Rypsiöljy | Auringonkukkaöljy | Pähkinäöljy | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Tuottaja | A | B | C | C | D | B |
| Mittaus 1 | 2.527 | 2.565 | 2.546 | 2.529 | 2.528 | 2.507 |
| Mittaus 2 | 2.526 | 2.541 | 2.529 | 2.554 | 2.528 | 2.505 |
| Mittaus 3 | 2.522 | 2.568 | 2.545 | 2.529 | 2.514 | 2.545 |
| Keskiarvo (MW) | 2.525 | 2.558 | 2.540 | 2.537 | 2.530 | 2.519 |
| Poikkeama (ABW) | 0.005 | 0.027 | 0.017 | 0.025 | 0.034 | 0.040 |
Tulokset ja keskustelu
Ruokaöljyjä tutkittiin edellä luetelluissa mittausolosuhteissa lämpötila-alueella -100 °C:sta huoneenlämpötilaan. Näytteiden KiteytyminenKiteytyminen on fysikaalinen kovettumisprosessi, joka tapahtuu kiteiden muodostuessa ja kasvaessa. Tämän prosessin aikana vapautuu kiteytymislämpöä.kiteytyminen on havaittavissa jäähdytysjaksoilla ja Sulamislämpötilat ja lämpöarvotAineen fuusioentalpia, joka tunnetaan myös latenttina lämpönä, on mitta, jolla mitataan energiapanosta, yleensä lämpöä, joka tarvitaan aineen muuttamiseksi kiinteästä olomuodosta nestemäiseksi. Aineen sulamispiste on lämpötila, jossa aine vaihtaa olomuotoaan kiinteästä olomuodosta (kiteinen) nestemäiseksi olomuodoksi (isotrooppinen sula).sulaminen lämmitysjaksoilla. Koska öljyt sisältävät kussakin eri pitoisuuksina tyydyttyneitä, kertatyydyttymättömiä ja monityydyttymättömiä rasvahappoja ja koska triglyseridit koostuvat lisäksi eri rasvahappojen seoksista, kaikilla näytteillä on suhteellisen laaja yhteinen alue sulamis- ja kiteytymisalueella. Kuvassa 2 on vertailu eri öljyjen sulamiskäyttäytymisestä.
Kuvassa 3 on esitetty maapähkinäöljyn tulokset, jotka koostuvat kahdesta lämmityssegmentistä ja niiden välissä olevasta jäähdytyssegmentistä. Tämän jälkeen arvioidaan sulamisprosessin alku (ekstrapoloitu alku) ja pääkomponentin huippulämpötila kunkin näytteen osalta. Näiden tulosten vertailu on esitetty taulukossa 3. Esitetyt arvot ovat kuudesta mitatusta arvosta laskettuja keskiarvoja. Sekä alkamis- että huippulämpötiloissa on havaittavissa johdonmukainen suuntaus kohti alhaisempia lämpötiloja seuraavassa järjestyksessä: oliiviöljy, maapähkinäöljy, seesamiöljy, rypsiöljy, auringonkukkaöljy ja saksanpähkinäöljy.
Verrattaessa taulukossa 4 esitettyjä tyydyttyneiden (sarake 1), kertatyydyttymättömien (sarake 2) ja monityydyttymättömien rasvahappojen (sarake 3) pitoisuuksia analysoiduissa ruokaöljyissä järjestyksessä oliiviöljystä saksanpähkinäöljyyn ei ole aluksi havaittavissa mitään suuntausta yhdessäkään sarakkeessa 1-3. Edes sarakkeessa 4 esitetyn tyydyttymättömien rasvahappojen kokonaispitoisuuden (sarakkeiden 2 ja 3 summan) suuntaus ei ole suoraan taulukossa 4 esitetyn ruokaöljyjen valittuun järjestysjärjestykseen sopiva. Rasvahappopitoisuuden ja sulamislämpötilan välistä suhdetta kuvataan selvemmin kuvassa 4. Siitä nähdään, että Sulamislämpötilat ja lämpöarvotAineen fuusioentalpia, joka tunnetaan myös latenttina lämpönä, on mitta, jolla mitataan energiapanosta, yleensä lämpöä, joka tarvitaan aineen muuttamiseksi kiinteästä olomuodosta nestemäiseksi. Aineen sulamispiste on lämpötila, jossa aine vaihtaa olomuotoaan kiinteästä olomuodosta (kiteinen) nestemäiseksi olomuodoksi (isotrooppinen sula).sulamislämpötila nousee tyydyttyneiden ja kertatyydyttymättömien rasvahappojen pitoisuuksien kasvaessa ja laskee monityydyttymättömien rasvahappojen määrän kasvaessa.
Taulukko 3: Ekstrapoloidut sulamisprosessien alkamis- ja huippulämpötilat [°C]
| Oliiviöljy | Maapähkinäöljy | Seesamiöljy | Rypsiöljy | Auringonkukkaöljy | Pähkinäöljy | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Tuottaja | A | B | C | C | D | B |
| Ekstrapoloitu alkamisajankohta | -10.1 | -18.9 | -28.3 | -28.0 | -31.5 | -44.9 |
| Huippulämpötila | -5.1 | -11.8 | -21.0 | -21.4 | -26.7 | -34.0 |
Taulukko 4: Ruokaöljyt ja niiden pitoisuudet [4]
Rasvahappopitoisuudet [%] | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| tyydyttynyt (S) | kertatyydyttymättömät | monityydyttymättömät | tyydyttymättömät yhteensä (P) | P:S | |
| Pähkinäöljy1 | 9.87 | 16.3 | 73.9 | 90.2 | 7.49 |
| Auringonkukkaöljy2 | 12.3 | 20.7 | 66.9 | 87.6 | 5.44 |
| Rypsiöljy1 | 6.9 | 57.1 | 26.9 | 84.0 | 3.90 |
| Seesamiöljy1 | 13.1 | 35.8 | 42.0 | 77.8 | 3.21 |
| Maapähkinäöljy2 | 16.4 | 44.8 | 38.8 | 83.6 | 2.37 |
| Oliiviöljy1 | 15.0 | 74.7 | 9.89 | 84.6 | 0.66 |
Elintarvikeanalyyseissä käytettävien öljyjen laadun määrittämisessä eivät niinkään ole keskeisiä eri rasvahappopitoisuuksien absoluuttiset arvot vaan niiden suhde toisiinsa. Jos nimittäin sarakkeita 4 ja 1 käyttäen luodaan suhteet - eli tyydyttymättömien rasvahappojen kokonaispitoisuuden ja tyydyttyneiden rasvahappojen pitoisuuden suhde (P:S) - havaitaan johdonmukainen suuntaus, sillä arvot laskevat saksanpähkinäöljyn 7,49:stä oliiviöljyn 0,66:een (vertaa sarakkeeseen 5). Taulukon 4 väritys kuvaa kahta näyteryhmää. Vihreällä merkityt arvot kuvaavat öljyjä, joiden monityydyttymättömien rasvahappojen pitoisuus on suurempi kuin kertatyydyttymättömien. Punaisella merkityt arvot puolestaan kuvaavat öljyjä, joiden monityydyttymättömien rasvahappojen pitoisuus on suurempi kuin monityydyttymättömien rasvahappojen.
On otettava huomioon, että auringonkukkaöljyn ja maapähkinäöljyn näytteiden rasvahappopitoisuuksia koskevat tiedot vastaavat vain kirjallisuudesta saatuja keskiarvoja. Kokemuksen mukaan kunkin arvon vaihteluväliksi olisi oletettava noin 5 prosenttia. Lisäksi DSC-tuloksia arvioitaessa otettiin huomioon vain pääkomponenttien huippulämpötilat, mikä on varmasti vain vertailukohta seoksen sulamiskäyttäytymisen analysoinnissa ja voi selittää korrelaatiokaaviossa (kuva 5) esiintyvät poikkeamat. Seesamiöljyn arvo, jonka P:S on 3,21, on kauimpana kuvan 5 trendiviivasta. Tämä saattaa liittyä siihen, että tämä on ainoa öljy tässä sarjassa, jonka siemenille on tehty ylimääräinen paahtamisprosessi. Paahtoprosessin vaikutusta kiteytymiseen ei tässä vaiheessa tiedetä.
Päätelmä
Tässä sovellusohjeessa osoitetaan, että erilaisten ruokaöljyjen sulamis- ja kiteytymiskäyttäytymistä voidaan luonnehtia DSC-menetelmällä (Differential Scanning Calorimetry). Helppo näytteenvalmistus ja vakiolämpötilaohjelma mahdollistavat nopeat mittaustulokset sulamis- ja kiteytymiskäyttäytymisen arvoista. Huippulämpötiloihin perustuvan arvioinnin ansiosta ruokaöljyjen mielekäs vertailu on helppoa.
Vaikka tämä tutkimus vahvisti pohjimmiltaan sen, että suurempi monityydyttymättömien rasvahappojen pitoisuus merkitsee öljyn alhaisempaa sulamislämpötilaa, kuvasta 4 voidaan myös nähdä, että pitoisuus ei ole ainoa ratkaiseva tekijä. Kuvasta 5 käy ilmi, että pikemminkin P:S-suhde - eli monityydyttymättömien rasvahappojen pitoisuus suhteessa tyydyttyneisiin rasvahappoihin - osoittaa johdonmukaista suuntausta.