Charakterystyka olejów kuchennych za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC)

Wprowadzenie

Większość olejów kuchennych pozyskuje się z roślin lub nasion roślin. Uważa się, że pierwsza celowa uprawa drzew oliwnych miała miejsce na Krecie około 3500 roku p.n.e. Oprócz konsumpcji przez ludzi i produkcji mydła, oliwa z oliwek była również używana w liturgii katolickiej. Na rysunku 1 przedstawiono olejarnię (tłocznię oliwy) w Pompejach z roku 80 p.n.e.

Owoce i nasiona, z których ma zostać wyekstrahowana oliwa, są najpierw czyszczone, a następnie miażdżone między walcami. Ponieważ świeżo wytłoczone oleje zwykle zawierają również substancje towarzyszące, takie jak substancje zapachowe, smakowe lub gorzkie - lub części roślin, środki zmętniające lub śluz - są one często rafinowane, aby pomóc je zachować. Aby to zrobić, surowy olej jest podgrzewany; prowadzi to jednak nie tylko do utraty części surowego oleju, ale także do zmniejszenia ilości substancji odżywczych i fizjologicznie korzystnych, takich jak tokoferole. Ten etap obróbki nie ma jednak wpływu na zawartość wielonienasyconych kwasów tłuszczowych. Oleje rafinowane charakteryzują się neutralnym zapachem i smakiem, dłuższym okresem przydatności do spożycia i brakiem jakichkolwiek stałych osadów podczas przechowywania.

Oleje tłoczone na zimno nie są rafinowane, lecz ekstrahowane jedynie poprzez tłoczenie i późniejszą filtrację. Ciepło generowane podczas tłoczenia jest rozpraszane poprzez chłodzenie prasy. Uzyskany w ten sposób olej nazywany jest "tłoczonym na zimno", "ciągnionym na zimno", "nieprzetworzonym" lub "niezafałszowanym"; jest klasyfikowany jako bardzo wysokiej jakości [2, 3].

Tłuszcze i oleje są trójglicerydami lub potrójnymi estrami trójwartościowego alkoholu gliceryny (1, 2, 3- propanetriolu). Kwasy tłuszczowe, z którymi estryfikowana jest gliceryna, są klasyfikowane jako nasycone, nienasycone lub wielonienasycone. Powodem, dla którego tłuszcze są stałe w temperaturze pokojowej, podczas gdy oleje są płynne, jest zawartość nienasyconych kwasów tłuszczowych. Ze względu na zwiększoną zawartość nienasyconych kwasów tłuszczowych (głównie w pozycji cis), KrystalizacjaKrystalizacja to fizyczny proces twardnienia podczas tworzenia i wzrostu kryształów. Podczas tego procesu uwalniane jest ciepło krystalizacji.krystalizacja jest utrudniona, a Temperatury i entalpie topnieniaEntalpia syntezy substancji, znana również jako ciepło utajone, jest miarą nakładu energii, zazwyczaj ciepła, która jest niezbędna do przekształcenia substancji ze stanu stałego w ciekły. Temperatura topnienia substancji to temperatura, w której zmienia ona stan ze stałego (krystalicznego) na ciekły (stopiony izotropowo).temperatura topnienia olejów jest obniżona. Dlatego należy oczekiwać korelacji między temperaturami topnienia i krystalizacji olejów a poziomami zawartości nienasyconych kwasów tłuszczowych.

Eksperymentalny

Zachowanie podczas topnienia i krystalizacji dostępnych na rynku olejów spożywczych badano za pomocą aparatu NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix^® z czujnikiem μ. Jako gaz płuczący zastosowano azot (5,0); szybkość gazu płuczącego wynosiła 40 ml/min. Oleje wprowadzono do standardowych tygli aluminiowych z przebitymi pokrywami w taki sposób, aby całkowicie zwilżyć dolną powierzchnię tygli. Parametry pomiarowe i masy próbek zestawiono w tabelach 1 i 2.

Tabela 1: Warunki pomiaru

Tabela 2: Masy próbek [mg]

Wyniki i dyskusja

Oleje spożywcze badano w wyżej wymienionych warunkach pomiarowych w zakresie temperatur od -100°C do temperatury pokojowej. Krystalizację próbek można zaobserwować w odpowiednich segmentach chłodzenia, aTemperatury i entalpie topnieniaEntalpia syntezy substancji, znana również jako ciepło utajone, jest miarą nakładu energii, zazwyczaj ciepła, która jest niezbędna do przekształcenia substancji ze stanu stałego w ciekły. Temperatura topnienia substancji to temperatura, w której zmienia ona stan ze stałego (krystalicznego) na ciekły (stopiony izotropowo). topnienie w segmentach ogrzewania. Ponieważ oleje mają różne poziomy zawartości nasyconych, jednonienasyconych i wielonienasyconych kwasów tłuszczowych, a triglicerydy dodatkowo składają się z mieszanin różnych kwasów tłuszczowych, wszystkie próbki mają stosunkowo szeroki wspólny obszar w zakresie topnienia i krystalizacji. Rysunek 2 przedstawia porównanie topnienia różnych olejów.

Na rysunku 3 przedstawiono wyniki dla oleju arachidowego, składające się z dwóch segmentów ogrzewania i segmentu chłodzenia pomiędzy nimi. Ponadto dla każdej próbki oceniono początek procesu topnienia (ekstrapolowany początek) i szczytową temperaturę głównego składnika. Porównanie tych wyników podsumowano w tabeli 3. Przedstawione wartości są wartościami średnimi obliczonymi na podstawie sześciu zmierzonych wartości. Stały trend w kierunku niższych temperatur można zaobserwować zarówno w temperaturach początkowych, jak i szczytowych w następującej kolejności: oliwa z oliwek, olej arachidowy, olej sezamowy, olej rzepakowy, olej słonecznikowy, olej z orzechów włoskich.

Porównując poziomy zawartości przedstawione w tabeli 4 dla nasyconych (kolumna 1), jednonienasyconych (kolumna 2) i wielonienasyconych kwasów tłuszczowych (kolumna 3) w analizowanych olejach spożywczych, w kolejności wymienionej od oliwy z oliwek do oleju z orzechów włoskich, początkowo nie można zaobserwować żadnego trendu dla żadnej z kolumn od 1 do 3. Nawet całkowita zawartość nienasyconych kwasów tłuszczowych wymieniona w kolumnie 4 (suma kolumn 2 i 3) nie wykazuje trendu pasującego bezpośrednio do selected kolejności olejów spożywczych w tabeli 4. Zależność między zawartością kwasów tłuszczowych a temperaturą topnienia jest wyraźniej zilustrowana na rysunku 4. Widać na nim, że Temperatury i entalpie topnieniaEntalpia syntezy substancji, znana również jako ciepło utajone, jest miarą nakładu energii, zazwyczaj ciepła, która jest niezbędna do przekształcenia substancji ze stanu stałego w ciekły. Temperatura topnienia substancji to temperatura, w której zmienia ona stan ze stałego (krystalicznego) na ciekły (stopiony izotropowo).temperatura topnienia wzrasta wraz ze wzrostem zawartości nasyconych i jednonienasyconych kwasów tłuszczowych, a maleje wraz ze wzrostem zawartości wielonienasyconych kwasów tłuszczowych.

Tabela 3: Ekstrapolowane temperatury początkowe i szczytowe procesów topnienia [°C]

Tabela 4: Zestawienie olejów spożywczych i poziomów ich zawartości [4]

Ponadto, przy określaniu jakości olejów do analizy żywności, kluczowe są nie tyle wartości bezwzględne dla różnych poziomów zawartości kwasów tłuszczowych, co ich wzajemne relacje. Mianowicie, jeśli utworzymy zestaw proporcji przy użyciu kolumn 4 i 1 - tj. stosunek całkowitej zawartości nienasyconych kwasów tłuszczowych do nasyconych kwasów tłuszczowych (P:S) - wyłania się spójny trend, ponieważ wartości spadają z 7,49 dla oleju z orzechów włoskich do 0,66 dla oliwy z oliwek (porównaj z kolumną 5). Kolorystyka w tabeli 4 ilustruje dwie grupy próbek. Wartości oznaczone kolorem zielonym opisują oleje o wyższej zawartości wielonienasyconych niż jednonienasyconych kwasów tłuszczowych. Z kolei wartości oznaczone kolorem czerwonym oznaczają oleje o wyższej zawartości jednonienasyconych niż wielonienasyconych kwasów tłuszczowych.

Należy wziąć pod uwagę, że informacje dotyczące poziomów zawartości kwasów tłuszczowych w próbkach oleju słonecznikowego i arachidowego odzwierciedlają jedynie średnie wartości zaczerpnięte z literatury. Doświadczenie podpowiada, że dla każdej wartości należy przyjąć zakres wahań wynoszący około 5%. Ponadto w ocenie wyników DSC uwzględniono tylko temperatury szczytowe głównych składników, co z pewnością stanowi jedynie punkt odniesienia w analizie zachowania mieszaniny podczas topnienia i może wyjaśniać istniejące odchylenia na wykresie korelacji (rysunek 5). Wartość dla oleju sezamowego z P:S równym 3,21 jest tą, która leży najdalej od linii trendu na rysunku 5. Może to mieć związek z faktem, że jest to jedyny olej w tym zestawie, którego nasiona zostały poddane dodatkowemu procesowi prażenia. Wpływ procesu prażenia na krystalizację nie jest obecnie znany.

Wnioski

Niniejsza nota aplikacyjna pokazuje, żeTemperatury i entalpie topnieniaEntalpia syntezy substancji, znana również jako ciepło utajone, jest miarą nakładu energii, zazwyczaj ciepła, która jest niezbędna do przekształcenia substancji ze stanu stałego w ciekły. Temperatura topnienia substancji to temperatura, w której zmienia ona stan ze stałego (krystalicznego) na ciekły (stopiony izotropowo). topnienie i krystalizację różnych olejów spożywczych można scharakteryzować za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC). Łatwe przygotowanie próbki i standardowy program temperaturowy pozwalają na szybkie uzyskanie wyników pomiarów wartości topnienia i krystalizacji. Ocena oparta na temperaturach szczytowych ułatwia uzyskanie miarodajnego porównania olejów spożywczych.

Chociaż badanie to zasadniczo potwierdziło, że wyższa zawartość wielonienasyconych kwasów tłuszczowych oznacza niższą temperaturę topnienia oleju, na rysunku 4 widać również, że stężenie nie jest jedynym decydującym czynnikiem. Rysunek 5 pokazuje, że to raczej stosunek P:S - tj. stężenie wielonienasyconych do nasyconych kwasów tłuszczowych - wykazuje stałą tendencję.