Журнал прикладной химии. 2020. Т. 93. Вып. 5
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМ И ПРОЦЕССОВ
УДК 543.556:621.315.615:665.32
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ
© С. Г. Агаев1, А. А. Байда1, О. В. Георгиев2,
О. О. Майорова1*, А. Г. Мозырев1
1 Тюменский индустриальный университет,
625000, г. Тюмень, ул. Володарского, д. 38
2 Тюменский завод производства масел, филиал ЛЛК-Интернешнл,
625520, г. Тюмень, поселок Богандинский, ул. Нефтяников, д. 9
*E-mаil: majorovaoo@tyuiu.ru
Поступила в Редакцию 2 сентября 2019 г.
После доработки 12 декабря 2019 г.
Принята к публикации 14 декабря 2019 г.
Изучены диэлектрические свойства льняного, подсолнечного, горчичного, рапсового и оливкового масел
в интервале температур 25-70°С и в интервале частот электрического поля 25 Гц-1 МГц. По дан-
ным температурно-диэлектрической спектроскопии предложен механизм застывания растительных
масел. Застывание масел интерпретируется как совокупность процессов кристаллизации триглице-
ридов насыщенных жирных кислот и процессов стеклования триглицеридов ненасыщенных жирных
кислот. Температуру стеклования следует считать истинной температурой застывания, которая
позволяет устанавливать низкотемпературный предел работоспособности растительных масел в
качестве электроизоляционных жидкостей. Установлены линейные корреляции между физико-химиче-
скими, диэлектрическими свойствами и жирно-кислотным составом масел. Представленные данные
могут быть использованы для оценки качества растительных масел, выявления фальсификатов и для
получения масел со сбалансированным составом жирных кислот. Полученные данные также могут
быть использованы при выборе масел в качестве олеохимического сырья и для разработки составов
электроизоляционных жидкостей.
Ключевые слова: растительные масла; электроизоляционные масла; диэлектрическая спектроскопия;
диэлектрическая проницаемость; диэлектрические потери; жирно-кислотный состав
DOI: 10.31857/S0044461820050163
Одним из методов определения физико-химиче-
ния взаимосвязи между диэлектрическими характе-
ских свойств и качества растительных масел является
ристиками масел и их физико-химическими свойства-
диэлектрическая спектроскопия, которая использует-
ми. В то же время практически отсутствуют данные
ся для оценки диэлектрических свойств растительных
по взаимосвязи этих показателей и жирно-кислотного
масел, применяемых в качестве электроизоляцион-
состава растительных масел, который фактически
ных жидкостей, для определения качества жирных
определяет их физико-химические свойства.
кислот и растительных масел, а также для выработки
Следует отметить, что диэлектрическая спек-
требований к их транспортировке и хранению [1-3].
троскопия в основном проводится в области по-
Также этот метод можно использовать для установле-
ложительных температур [4, 5], в области низких
742
Диэлектрическая спектроскопия растительных масел
743
температур аномалий диэлектрических свойств рас-
рительную ячейку, стакан из нержавеющей стали
тительных масел не обнаружено и не установлен
для термостатирования ячейки и измеритель LCR
низкотемпературный предел их работоспособности
(Е7-20, Минск, Беларусь). Диэлектрическая спек-
[6]. Большинство исследований имеют ограничения
троскопия заключалась в измерении электрической
по сочетанию температурных областей, диапазонов
емкости ячейки Cx и тангенса угла диэлектрических
частот электрического поля и ассортимента расти-
потерь tgδ на частотах f 0.025, 0.1, 0.5, 1.0, 5.0, 10,
тельных масел.
20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 500, 1000
Цель работы — установление взаимосвязи меж-
кГц. Измерения проводили в интервале температур
ду физико-химическими свойствами растительных
25÷-70ºС через 5°, при необходимости через 1°.
масел, их жирно-кислотным составом и диэлектри-
Температура в ячейке обеспечивалась с помощью
ческими характеристиками для широкого диапазона
криостата. Электрическую емкость и диэлектрические
температур и частот электрического поля.
потери измеряли с помощью измерителя LCR при
параллельной схеме замещения. Основным рабочим
элементом служила измерительная ячейка, состоящая
Экспериментальная часть
из системы коаксиальных электродов. Емкость пустой
В качестве образцов выбраны коммерческие рас-
ячейки составляла 110 ± 0.5 пФ, внутренний диаметр
тительные масла: льняное, подсолнечное рафини-
внешнего электрода 36 мм, внешний диаметр внутрен-
рованное и нерафинированное, горчичное, рапсо-
него электрода 34 мм, высота рабочей части внутрен-
вое и оливковое. Выбор масел основывался на их
него измерительного электрода 58 мм, рабочий зазор
жирно-кислотном составе [7-9] — выбраны масла с
между электродами 1 мм. Электроды изготовлены из
разнообразным составом, содержащие триглицериды
нержавеющей стали, изоляция электродов обеспечи-
насыщенных, моно- и полиненасыщенных жирных
валась фторопластом. Для обеспечения постоянной
кислот.
емкости ячейки нижнее изолирующее кольцо имеет
Жирно-кислотный состав масел определи мето-
3 выступа, диаметр которых совпадает с внутренним
дом газовой хроматографии на приборе Хроматэк-
диаметром внешнего электрода. Исследуемый образец
Кристалл-5000.2 (Йошкар-Ола, Россия), снабжен-
масла массой 12 г помещали в межэлектродное про-
ном колонкой CPSiII 88 for FAME 100 м × 0.25 мм ×
странство ячейки. Диэлектрическую проницаемость
× 0.2 мкм. Колонка предназначена для разделения
рассчитывали по упрощенной формуле ɛ = Cx/С0,
эфиров жирных кислот с длиной цепи до 37 атомов
где Cx — емкость ячейки с образцом (пФ), C0 — ем-
углерода. Содержание жирных кислот в маслах опре-
кость пустой ячейки (пФ).
деляли по пикам с автоматическим интегрировани-
ем их площади на компьютере с использованием
Обсуждение результатов
специальной программы. Объем пробы, вводимой в
колонку, составлял 1.0 мкл. Температурный режим
Общее содержание насыщенных жирных кислот
от 140 до 240°С; скорость поднятия температуры со-
(НЖК) в растительных маслах не превышает 15.77%
ставляла 2.00 град·мин-1 при температуре до 190°С
(табл. 1), НЖК представлены в основном пальмити-
и 5.00 град·мин-1 при температуре от 190 до 240°С.
новой и стеариновой кислотами, содержание мири-
В качестве газа-носителя использовали гелий хрома-
стиновой, арахиновой, бегеновой и прочих кислот не
тографической чистоты. Использовался пламенно-
превышает 1.62%.
ионизационный детектор.
Общее содержание ненасыщенных жирных кислот
Для масел определены следующие характеристи-
составляет от 84.23 до 92.55%. Мононенасыщенные
ки: плотность при 20°С по ASTM D1298-12b, кине-
жирные кислоты (МЖК) представлены в основном
матическая вязкость при 40 и 100°С по ASTM 445,
цис-9-олеиновой кислотой. Ее содержание изменяет-
температура застывания по ASTM D 97-87, показа-
ся в пределах от 17.41 в льняном масле до 68.00% в
тель преломления при 20°С (рефрактометр ATAGO
оливковом. цис-11-Олеиновая кислота содержится в
NR-2T, Япония), кислотное число по ASTM D 664 и
горчичном, рапсовом и оливковом маслах, ее содер-
цвет по ASTM D 6045-12. Индекс вязкости для масел
жание не превышает 3%. В других маслах содержа-
рассчитывали по ASTM D 2270.
ние этой кислоты не превышает 1%. Некоторое коли-
Диэлектрическую спектроскопию растительных
чество (до 1.5%) гондоиновой кислоты присутствует
масел проводили по методике [10, 11]. Установка для
в горчичном и рапсовом маслах. В незначительных
диэлектрической спектроскопии включает криостат
количествах в маслах присутствуют и другие кис-
(LOIP FT-311-80, Санкт-Петербург, Россия, ), изме-
лоты. Полиненасыщенные жирные кислоты (ПЖК)
744
Агаев С. Г. и др.
Таблица 1
Жирно-кислотный состав растительных масел
Содержание жирных кислот в масле, %
нерафинированные масла
рафинированные масла
Жирные кислоты
подсолнеч-
подсолнеч-
льняное
горчичное
оливковое
рапсовое
ное
ное
Насыщенные жирные кислоты
Миристиновая C14:0
0.05
0.70
0.07
0.04
0.10
0.16
Пальмитиновая C16:0
5.87
8.69
3.73
11.56
6.40
4.64
Стеариновая C18:0
3.94
4.36
2.54
3.50
3.51
2.15
Арахиновая C20:0
0.12
0.29
0.55
0.42
0.24
0.58
Бегеновая C22:0
0.10
0.62
0.25
0.12
0.71
0.31
Лигноцериновая C24:0
0.00
0.00
0.23
0.05
0.00
0.00
Прочие кислоты
0.08
0.00
0.09
0.07
0.07
0.13
∑CНЖК
10.15
14.67
7.45
15.77
11.02
7.97
Ненасыщенные жирные кислоты
Мононенасыщенные жирные кислоты
Пальмитолеиновая C16:1ω-9c
0.08
0.22
0.17
0.85
0.11
0.21
Олеиновая цис-9 C18:1ω-9c
17.41
31.19
46.94
68.00
28.03
58.54
Олеиновая цис-11 C18:1ω-11c
0.81
0.74
2.09
2.33
0.80
3.03
Гондоиновая C20:1ω-11c
0.00
0.15
1.47
0.24
0.13
1.13
Эруковая C22:1ω-9c
0.05
0.03
0.59
0.00
0.00
0.20
Прочие кислоты
0.04
0.31
0.32
0.10
0.07
0.17
∑CМЖК
18.40
32.63
51.57
71.52
29.14
63.29
Полиненасыщенные жирные кислоты
Линолевая C18:2ω-6c
15.76
52.23
31.68
11.50
58.75
21.32
Линоленовая C18:3ω-3c
55.40
0.10
9.05
0.71
0.06
7.04
Прочие кислоты
0.29
0.36
0.24
0.51
1.03
0.38
∑CПЖК
71.45
52.70
40.97
12.72
59.83
28.74
∑(∑CМЖК + ∑CПЖК)
89.85
85.33
92.55
84.23
88.98
92.03
∑(∑CНЖК + ∑CМЖК + ∑CПЖК)
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
представлены в основном линолевой кислотой. Ее со-
В широком интервале значений при 40°С изменяется
держание изменяется в пределах от 11.5 в оливковом
кинематическая вязкость масел. Более существенно
масле до 58.75% в подсолнечном рафинированном.
изменяется индекс вязкости масел. Низкие значения
В льняном, горчичном и рапсовом маслах присут-
кислотных чисел имеют рафинированные масла —
ствует линоленовая кислота. В незначительных ко-
подсолнечное и рапсовое. Кислотные числа осталь-
личествах в маслах обнаружены линолеэлаидиновая,
ных масел изменяются в пределах от 0.229 (олив-
гамма-линоленовая, эйкозадиеновая, арахидоновая,
ковое масло) до 1.376 мг KОН/г (горчичное масло).
эйкозапентаеновая и докозагексаеновая кислоты.
Цвет масел изменяется в зависимости от степени их
Распределение кислот в составе исследуемых масел
очистки, цвет рафинированных масел не превышает
находится в известных пределах [12-14].
0.5 ед. ASTM.
Относительная плотность ρ20 и показатель пре-
Температура застывания tз масел изменяется в ин-
ломления nD20 исследованных растительных масел
тервале -12÷-20°С (табл. 2). Более высокие значения
изменяются в узком интервале их значений (табл. 2).
tз имеют масла с повышенным содержанием тригли-
Диэлектрическая спектроскопия растительных масел
745
Таблица 2
Физико-химические свойства растительных масел
Нерафинированные масла
Рафинированные масла
Показатель
подсолнеч-
подсолнеч-
льняное
горчичное
оливковое
рапсовое
ное
ное
Плотность ρ20, кг·м-3
928.3
918.4
917.8
912.5
918.9
916.2
Кинематическая вязкость ν100, мм2·с-1
6.86
7.819
7.88
8.35
7.79
8.17
Кинематическая вязкость ν40, мм2·с-1
25.35
32.93
33.47
38.22
32.49
35.65
Индекс вязкости VI
253
221
220
203
224
214
Температура застывания tз, °С
-16
-16
-20
-12
-14
-20
Показатель преломления nD20
1.4820
1.4745
1.4741
1.4699
1.4749
1.4735
Кислотное число, мг KОН/г
0.614
0.434
1.376
0.229
0.058
0.136
Цвет на колориметре, ед.
2.0
2.0
2.5
2.0
0.5
0.5
церидов насыщенных жирных кислот — оливковое и
выше, чем нерафинированное масло с более высоким
нерафинированное подсолнечное. Самые низкие тем-
содержанием НЖК. Причиной такой аномалии может
пературы застывания имеют масла с самым низким
быть различное соотношение содержания в этих двух
содержанием триглицеридов насыщенных жирных
маслах моно- и полиненасыщенных жирных кислот,
кислот — горчичное и рапсовое. Отмеченные зако-
которые хорошо растворяют триглицериды насыщен-
номерности нарушаются для масел — льняного, ра-
ных жирных кислот. Возможно, также при рафиниро-
финированного и нерафинированного подсолнечного.
вании растительного масла из него удаляются другие
Нерафинированное подсолнечное масло, имеющее
компоненты, которые хорошо растворяют триглице-
самое высокое содержание насыщенных жирных
риды насыщенных жирных кислот.
кислот из рассматриваемых трех масел, имеет такую
Физико-химические показатели свойств масел
же tз, как и льняное масло с более низким содержани-
(табл. 2) обнаруживают взаимосвязь в виде линейных
ем НЖК (табл. 1, 2). Рафинированное подсолнечное
уравнений (табл. 3). С высокой степенью аппрокси-
масло с относительно низким содержанием насыщен-
мации установлена взаимосвязь между показателями
ных жирных кислот имеет температуру застывания
плотности, вязкости, индекса вязкости растительных
Таблица 3
Корреляционные уравнения взаимозависимости физико-химических свойств растительных масел
и их зависимости от жирно-кислотного состава*
№ уравнения
Функция
R2
1
ρ20 = 1324.637nD20 - 1034.913
0.995
2
VI = 4205.261nD20 - 5979.488
0.991
3
VI = 3.178ρ20 - 2697.467
0.999
4
ν40 = -1081.091nD20 + 1627.429
0.979
5
ν40 = -0.820ρ20 + 785.970
0.992
6
ν100 = -128.095nD20 + 196.728
0.965
7
ν100 = -0.098ρ20 + 97.404
0.986
8
ρ20 = 3.683(∑CПЖК/∑CМЖК) + 913.171
0.920
9
nD20 = 0.00273(∑CПЖК/∑CМЖК) + 1.47073
0.892
10
VI = 11.754(∑CПЖК/∑CМЖК) + 204.911
0.926
* Физико-химические свойства масел: ρ20 — плотность, кг·м-3; nD20 — показатель преломления; VI — индекс вязко-
сти; ν40 и ν100 — кинематическая вязкость, мм2·с; ∑CПЖК/∑CМЖК — соотношение триглицеридов полиненасыщенных
и мононенасыщенных жирных кислот в маслах.
746
Агаев С. Г. и др.
масел и их показателями преломления. Установлены
и в интервале частот f = 70-150 кГц имеют максимум
и другие взаимозависимости (табл. 3, уравнения 3,
диэлектрических потерь tgδmax. В этой же области
5, 7). Корреляционные уравнения могут быть исполь-
частот на зависимостях диэлектрической проница-
зованы для расчета неизвестных показателей физи-
емости ɛ от частоты электрического поля f происхо-
ко-химических свойств по известным показателям
дит падение диэлектрической проницаемости. Такое
этих масел.
сочетание зависимостей ɛ и tgδ от частоты электри-
Высокая достоверность аппроксимации установ-
ческого поля свидетельствует о диэлектрической ре-
лена для зависимостей плотности, показателя пре-
лаксации в маслах. Особенностью диэлектрической
ломления и индекса вязкости масел от соотношения
релаксации является отсутствие смещения макси-
(∑CПЖК/∑CМЖК) триглицеридов полиненасыщен-
мума диэлектрических потерь tgδmax в зависимости
ных и мононенасыщенных жирных кислот в маслах
от температуры, свидетельствующее о резонансных
(табл. 3, уравнения 8-10). Возрастание плотности и
диэлектрических потерях [15] как результат элек-
показателя преломления растительных масел, оче-
тронно-релаксационной поляризации триглицеридов
видно, связано с ростом соотношения триглицеридов
жирных кислот.
полиненасыщенных и мононенасыщенных жирных
Область резонансных диэлектрических потерь
кислот (табл. 3, уравнения 8, 9), что объясняется
определена как область характеристических частот.
различным соотношением углерода и водорода в
Для льняного масла при температурах от -25 до
составе масел. Увеличение индекса вязкости масел
-43°С на частоте 1 МГц кроме электронно-релаксаци-
с ростом соотношения (∑CПЖК/∑CМЖК) триглице-
онной поляризации обнаруживается также и диполь-
ридов полиненасыщенных и мононенасыщенных
но-релаксационная поляризация, свидетельствующая
жирных кислот (табл. 3, уравнение 10) свидетель-
о релаксационных диэлектрических потерях (рис. 2).
ствует о более высоком индексе вязкости триглице-
Подобная поляризация, характеризующаяся смещени-
ридов полиненасыщенных жирных кислот по сравне-
ем tgδmax в область более высоких частот, обнаружена
нию с триглицеридами мононенасыщенных жирных
для подсолнечного и рапсового масел в интервале
кислот.
частот 0.5-5 МГц и в интервале температур -50÷90°С
В качестве примера в интервале температур
[16]. Для соевого масла дипольно-релаксационная
-70÷25°С представлены зависимости диэлектриче-
поляризация обнаружена на частоте около 10 МГц
ской проницаемости и тангенса угла диэлектрических
[17], в области от 10 МГц до 7 ГГц и в области тем-
потерь от частоты электрического поля (рис. 1, а, б).
ператур от 25 до 10ºС обнаружена дипольно-релакса-
Аналогичные зависимости диэлектрической прони-
ционная поляризация и для кокосового, арахисового,
цаемости и тангенса угла диэлектрических потерь от
соевого, подсолнечного, пальмового и оливкового
частоты получены и для других масел.
масел [18].
Зависимости тангенса угла диэлектрических по-
С учетом достоверности аппроксимации корре-
терь tgδ от частоты электрического поля f для всех
ляционных уравнений (табл. 4) в качестве характе-
растительных масел в широкой области температур
ристических принимаются частоты электрического
Рис. 1. Зависимость диэлектрической проницаемости (а) и тангенса угла диэлектрических потерь (б) льняного масла
от частоты электрического поля при различных температурах.
Диэлектрическая спектроскопия растительных масел
747
Рис. 2. Зависимости физико-химических свойств масел от их диэлектрических характеристик на частоте 90 кГц.
поля в интервале f = 80-90 кГц. В качестве примера
ласти температур с частичным перекрытием: область
на рис. 2 для частоты электрического поля 90 кГц
относительно высоких (до -28°С), средних (от -14 до
представлены корреляционные зависимости, связы-
-45°С) и низких (от -25 до -70°С) температур.
вающие диэлектрические характеристики масел и их
Область высоких температур характеризуется не-
физико-химические свойства. С ростом диэлектриче-
которым ростом значений диэлектрической прони-
ской проницаемости и диэлектрических потерь по-
цаемости при понижении температуры. В области
казатель преломления, индекс вязкости и плотность
низких температур диэлектрическая проницаемость
растительных масел возрастают.
практически не зависит от температуры. В области
На зависимостях диэлектрической проницаемости
средних температур обнаружено резкое падение ди-
от температуры ɛ(t) (рис. 3) можно выделить три об- электрической проницаемости. Зависимости tgδ(t)
748
Агаев С. Г. и др.
Таблица 4
Достоверность аппроксимации R2 корреляционных уравнений вида y = a ± bx, связывающих при 20°С
физико-химические свойства растительных масел y и их диэлектрические характеристики x (ɛ20, tgδ20)
в диапазоне частот электрического поля 70-150 кГц
R2 на частоте f, кГц
Физико-химическое свойство y
70
80
90
100
150
Дл я з ав и с и мо сти в ид а y = a ± bε20
Плотность ρ20, кг·м-3
0.964
0.969
0.971
0.910
0.952
Показатель преломления nD20
0.947
0.954
0.956
0.882
0.933
Индекс вязкости VI
0.960
0.964
0.966
0.902
0.946
Дл я з ав и с и мо сти в ид а y = a ± btgδ20
Плотность ρ20, кг·м-3
0.899
0.903
0.902
0.572
0.885
Показатель преломления nD20
0.921
0.933
0.931
0.541
0.900
Индекс вязкости VI
0.885
0.889
0.886
0.556
0.865
Таблица 5
Температуры фазовых переходов в растительных маслах по данным диэлектрической спектроскопии
на частоте 90 кГц
Рафинированные
Нерафинированные масла
масла
Показатель
подсол-
горчич-
оливко-
подсол-
рапсо-
льняное
нечное
ное
вое
нечное
вое
Температура застывания tз, °С
-16
-16
-20
-12
-14
-20
Температура начала фазового перехода tɛ(t)н.фп по ɛ(t), °С
-43
-39
-35
-22
-41
-31
Температура стеклования tс = ttgδmax по tgδ(t), °С
-43
-39
-35
-23
-42
-31
Температура конца фазового перехода tɛ(t)к.фп по ɛ(t), °С
-45
-43
-38
-25
-45
-33
Область структурного застывания Δtс.з = tс - tз
27
23
15
11
28
11
для всех растительных масел аналогичны. В облас-
фтеновые и алкилароматические углеводороды, а
ти средних температур от -14 до -45°С обнару-
кристаллизующимися компонентами являются твер-
жены максимумы диэлектрических потерь tgδmax,
дые парафины. В растительных маслах, очевидно,
свидетельствующие о процессах диэлектрической
стеклующимися компонентами являются моно- и
релаксации (рис. 4). Такое сочетание зависимостей
полиненасыщенные триглицериды жирных кислот, а
диэлектрической проницаемости ɛ(t) и диэлектриче-
кристаллизующимися — триглицериды насыщенных
ских потерь tgδ(t) для растительных масел (рис. 3, 4)
жирных кислот.
можно интерпретировать с учетом данных для мине-
ральных масел [19] и нефтяных парафинов [20].
Таблица 6
В минеральных маслах такой характер зависи-
Корреляционные уравнения зависимости температуры
мостей [19] связывается с процессами стеклования.
стеклования растительных масел от содержания
Следовательно, можно предположить, что диэлектри-
в них триглицеридов жирных кислот
ческие эффекты в растительных маслах определя-
Функция
R2
ются процессами стеклования. Это следует также из
данных по кристаллизации парафинов [20]. Общим
tс = 0.378С18:1 - 51.268
0.941
для растительных и нефтяных масел является то, что
tс = 0.348СМЖК - 50.969
0.924
они представляют собой смесь кристаллизующихся
tс = -0.348СПЖК - 20.043
0.969
и стеклующихся компонентов. В минеральных мас-
tс = 3.580(СМЖК/СПЖК) - 41.733
0.916
лах стеклующиеся компоненты — это парафинона-
Диэлектрическая спектроскопия растительных масел
749
Рис. 3. Зависимости диэлектрической проницаемости
растительных масел от температуры на частоте элек-
трического поля 90 кГц.
Нерафинированные масла: ЛнМ — льняное, ПдМ — под-
солнечное, ГрМ — горчичное, ОлМ — оливковое; ра-
финированные масла: ПдМр — подсолнечное, РпМр —
рапсовое.
По данным диэлектрической спектроскопии на
частоте 90 кГц для всех масел были определены тем-
пературы начала tɛ(t)н.фп, конца tɛ(t)к.фп фазовых пере-
ходов (рис. 3) и температуры стеклования ttgδmax = tс
(рис. 4) (табл. 5).
Рис. 4. Зависимости тангенса угла диэлектрических
Установлена корреляционная связь температур
потерь растительных масел от температуры на частоте
электрического поля 90 кГц.
фазовых переходов и температур стеклования с
Нерафинированные масла: ЛнМ — льняное (а), ПдМ —
жирно-кислотным составом масел. Максимальная
подсолнечное (а), ГрМ — горчичное (б), ОлМ — оливковое
степень достоверности аппроксимации (R2 = 0.916-
(б); рафинированные масла: ПдМр — подсолнечное (а),
0.969) получена для температуры стеклования расти-
РпМр — рапсовое (б).
тельных масел (табл. 6).
Увеличение содержания мононенасыщенных
жирных кислот и снижение содержания полине-
кислот и уменьшением содержания мононенасы-
насыщенных жирных кислот в маслах приводит к
щенных жирных кислот. Температуру стеклования
смещению температуры стеклования в область бо-
следует считать истинной температурой застывания,
лее высоких температур. Температуры стеклования
которая позволяет устанавливать низкотемператур-
(табл. 5) значительно ниже температур застывания
ный предел работоспособности растительных ма-
растительных масел, что объясняется образованием
сел, используемых в качестве электроизоляционных
коагуляционных структур при кристаллизации триг-
жидкостей.
лицеридов насыщенных жирных кислот. По анало-
гии с минеральными маслами [19] область темпера-
Выводы
тур между температурой застывания и стеклования
определяется как область структурного застывания.
Установлена взаимосвязь между физико-хими-
При известных температурах стеклования tс и за-
ческими характеристиками растительных масел.
стывания tз (табл. 2, 5) область структурного за-
С увеличением плотности растительных масел их
стывания растительных масел определена как раз-
вязкость возрастает. С увеличением плотности и
ность этих температур Δtс.з = tс - tз (табл. 5). Область
вязкости масел возрастает их показатель преломле-
структурного застывания масел расширяется с уве-
ния. Обнаружено влияние жирно-кислотного соста-
личением содержания полиненасыщенных жирных
ва масел на их физико-химические характеристики.
750
Агаев С. Г. и др.
С увеличением соотношения триглицеридов поли- и
Майорова Ольга Олеговна,
мононенасыщенных жирных кислот плотность, по-
казатель преломления и индекс вязкости раститель-
Мозырев Андрей Геннадьевич, к.т.н., доцент,
ных масел возрастают. Показано, что с увеличением
содержания триглицеридов насыщенных жирных
кислот в маслах в общем их температура застывания
возрастает. С ростом показателя преломления, индек-
Список литературы
са вязкости и плотности возрастают диэлектрическая
[1] Shah Z. H., Tahir Q. A. Dielectric properties of
проницаемость и диэлектрические потери раститель-
vegetable oils // J. Sci. Res. 2011. V. 3. N 3. P. 481-
ных масел. Во всех растительных маслах обнаружена
электронно-релаксационная поляризация. В льняном
[2] Corach J., Sorichetti P. A., Romano S. D. Electrical
масле обнаружена дипольно-релаксационная поля-
properties of vegetable oils between 20 Hz and 2 MHz
ризация.
// Int. J. Hydrogen Energy. 2014. V 39. N 16. P. 8754-
Предложен механизм застывания растительных
[3] Mohamad N. A., Azis N., Jasni J., Ab Kadir M. Z. A.,
масел, который интерпретируется как совокупность
Yunus R., Ishak M.T., Yaakub Z. Investigation on the
процессов кристаллизации триглицеридов насыщен-
dielectric, physical and chemical properties of palm oil
ных жирных кислот и процессов стеклования тригли-
and coconut oil under open thermal ageing condition //
церидов ненасыщенных жирных кислот. Определены
J. Electrical Eng. Technol. 2016. N 3. V. 11. P. 690-
температуры стеклования растительных масел. С уве-
личением содержания триглицеридов полиненасы-
[4] Azmi K., Ahmad A., Kamarol M. Study of dielectric
щенных жирных кислот в маслах и уменьшением
properties of a potential RBD palm oil and RBD
содержания триглицеридов мононенасыщенных жир-
soybean oil mixture as insulating liquid in transformer
ных кислот температура стеклования масел смещает-
// J. Electrical Eng. Technol. 2015. V. 10. N 5. P. 2105-
ся в область более низких температур. Температуру
стеклования предложено считать истинной темпера-
[5] Angeline D. R. P., Valantina S. R., Kumar V. M.
турой застывания, которая позволяет устанавливать
Empirical models to correlate the basic physical and
низкотемпературный предел работоспособности рас-
chemical indices of modified rice bran and mustard
тительных масел в качестве электроизоляционных
oil // Int. J. Food Properties. 2017. V. 20. N 11.
жидкостей. По разнице температур стеклования и
6.1252921
температур застывания масел определена область
[6] Turky G. M., El-Adly R. A. Study of phase separation
структурного застывания. Показано, что диэлектри-
and anomalous molecular behavior of Jojoba oil using
ческая спектроскопия может быть использована для
dielectric spectroscopy // J. Molec. Liquids. 2017.
оценки качества растительных масел, выявления
N 242. P. 1-7.
фальсификатов и для разработки масел со сбалан-
сированным составом жирных кислот. Полученные
[7] Ragni L., Iaccheri E., Cevoli C., Berardinelli A.,
данные могут быть использованы при выборе масел
Bendini A., Toschi T. G. A capacitive technique to
в качестве олеохимического сырья и для разработки
assess water content in extra virgin olive oils // J. Food
составов электроизоляционных жидкостей.
Eng. 2013. V. 116. N 1. P. 246-252.
[8] Kumar D., Singh A., Tarsikka P. S. Interrelationship
Конфликт интересов
between viscosity and electrical properties for edible
oils // J. Food Sci. Technol.-Mysore. 2013. V. 50. N 3.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта инте-
ресов, требующего раскрытия в данной статье.
[9] Prevc T., Cigic B., Vidrih R., Ulrih N. P., Segatin N.
Correlation of basic oil quality indices and electrical
Информация об авторах
properties of model vegetable oil systems // J.
Agricultural Food Chem. 2013. V. 61. N 47. P. 11355-
Агаев Славик Гамид оглы, д.т.н., проф., ORCID:
[10] Байда А. А., Рудакова А. В., Агаев С. Г.
Байда Александр Александрович, к.т.н., доцент,
Диэлектрическая спектроскопия аминоспиртов и
полиэтиленполиаминов // ЖФХ. 2013. Т. 87. № 2.
Георгиев Олег Вячеславович,
С. 243-247.
Диэлектрическая спектроскопия растительных масел
751
[Baida A. A., Rudakova A. V., Agaev S. G.
[16] Ulrych J., Mentlik V. Dielectric properties of sunflower,
Dielectric spectroscopy of aminoalcohols and
rapeseed and commonly used mineral oil // 17th Int.
polyethylenepolyamines // Russ. J. Phys. Chem. А.
scientific conf. on electric power engineering (EPE).
2013.V. 87. N 2. P. 240-244.
Prague, Czech Republic, 2016. P. 347-350.
[17] Yang J., Zhao K. S., He Y. J. Quality evaluation of
[11]
Байда А. А., Рудакова А. В., Агаев С. Г. Частотно-
frying oil deterioration by dielectric spectroscopy // J.
диэлектрическая спектроскопия одноатом-
Food Eng. 2016. V. 180. N 47. P. 69-76.
ных спиртов // ЖФХ. 2013. Т. 87. № 4. С. 659-
[18] Sonkamble A. A., Sonsale R. P., Kanshette M. S.,
[Baida A. A., Rudakova A. V., Agaev S. G. Dielectric
Kabara K. B., Wananje K. H., Kumbharkhane A. C.,
spectroscopy of monatomic alcohols // Russ. J. Phys.
Sarode A. V. Relaxation dynamics and thermophysical
Chem. А. 2013. V. 87. N 4. P. 645-648.
properties of vegetable oils using time-domain
reflectometry // Eur. Biophys. J. Biophys. Lett. 2017.
[12]
Mattson F. H., Lutton E. S. The specific distribution of
V. 46. N 3. P. 283-291.
fatty acids in the glycerides of animal and vegetable
fats // J. Biol. Chem. 1958. N 4. V. 233. P. 868-871.
[19] Агаев С. Г., Шевелева М. Г., Шаброва Л. А.
[13]
Foster R. Culinary oils and their health effects // J.
Особенности фазовых переходов в углеводоро-
Compilation. British Nutrition Foundation Nutrition
дах остаточных масел // ХТТМ. 1990. Т. 26. № 11.
Bull. 2009. N 34. P. 4-47.
[14]
Sakhno L. O. Variability in the fatty acid
[20] Агаев С. Г., Дерюгина О. П. Температурно-
composition of rapeseed oil: Classical breeding and
диэлектрическая спектроскопия парафиновых
biotechnology // Cytology and Genetics. 2010. N 6.
углеводородов // Изв. вузов. Нефть и газ. 1991.
V. 44. P. 389-397.
№ 8. С. 45-49.
[15]
Сканави Г. И. Физика диэлектриков (область сла-
бых полей). М.; Л.: Гос. изд-во техн.-теорет. лит.,
1949. С. 337-362.
