Testy przesiewowe i kontrola jakości oleju palmowego metodą spektroskopii NIR
2 paź 2023
Artykuł
Udostępnij artykuł
Olej palmowy to jadalny olej pozyskiwany z owoców palmy oleistej (Elaeis guineensis). Palmy olejowe rosną wyłącznie w regionach tropikalnych. Pochodzą z Afryki, ale do Azji Południowo-Wschodniej zostały sprowadzone nieco ponad sto lat temu. Obecnie plantacje palm olejowych w Indonezji i Malezji dostarczają ponad 85% oleju palmowego wykorzystywanego na całym świecie [1]
Wysokiej jakości surowy olej z ziaren palmowych i surowy czerwony olej palmowy są przetwarzane i wykorzystywane w szerokiej gamie produktów. Badania przesiewowe i kontrola jakości mają kluczowe znaczenie dla zapewnienia spełnienia określonych specyfikacji dotyczących stosowania oleju palmowego w kilku gałęziach przemysłu. Jednym z prostych sposobów, aby to zrobić, jest spektroskopia w bliskiej podczerwieni (NIR).
Do czego wykorzystuje się olej palmowy?
Olej palmowy występuje w ponad 50% paczkowanych towarów konsumpcyjnych – od pizzy, makaronów instant i słodyczy, takich jak lody, po produkty do higieny osobistej i kosmetyki, w tym dezodoranty, szampony, pasty do zębów i szminki [2] Nawet produkty czyszczące, takie jak mydło i detergent, nie są zwolnione. Ten wszechobecny olej jest również stosowany w paszach dla zwierząt i jako biopaliwo w wielu częściach świata (Rysunek 1).
Z palm olejowych można uzyskać dwa rodzaje oleju. Surowy olej palmowy (lub surowy czerwony olej palmowy) powstaje w wyniku tłoczenia miąższu, a surowy olej z ziaren palmowych powstaje w wyniku zmiażdżenia jądra (zwanego również pestką) w środku owocu (Rysunek 2).
Przetwarzanie oleju palmowego: mielenie i rafinacja
Rysunek 3 ilustruje proces mielenia i rafinacji oleju palmowego. Po zmieleniu owoców powstały surowy olej palmowy (CPO) ma naturalnie czerwoną barwę. Dzieje się tak ze względu na jego wysoki poziom beta karoten treść. Surowy czerwony olej palmowy, który został rafinowany, bielony i dezodoryzowany (tj. olej palmowy RBD) jest jasnożółty lub nawet bezbarwny, ponieważ nie zawiera już karotenoidów.
Po zmieleniu surowy olej palmowy poddawany jest frakcjonowaniu. Obejmuje to zarówno procesy krystalizacji, jak i separacji, podczas których otrzymuje się stałe (stearyna palmowa) i ciekłe (oleina) frakcje CPO. Z frakcji tych usuwane są zanieczyszczenia poprzez procesy topienia i odśluzowywania.
Olej jest dalej rafinowany. Jest filtrowany i bielony w celu usunięcia zapachów i zabarwień, ostatecznie wytwarzając olej palmowy RBD i wolne kwasy tłuszczowe. Olej palmowy RBD można jeszcze bardziej frakcjonować w celu wytworzenia oleju kuchennego lub wykorzystania go jako składnika innych produktów.
Kontrola jakości oleju palmowego
Podczas jego produkcji istnieje wiele etapów, na których można monitorować olej palmowy do celów kontroli jakości (QC). Spektroskopia w bliskiej podczerwieni to metoda, którą można zastosować nie tylko do kontroli jakości podczas produkcji oleju palmowego, ale – co bardzo ważne – także dla firm, które pozyskują olej palmowy i muszą ocenić jego jakość przed użyciem go w innych produktach.
Zastosowanie spektroskopii NIR sprawia, że kontrola jakości jest bardziej wydajna i opłacalna, jak pokazano w tym artykule. W pozostałej części przedstawiono krótki przegląd NIRS, a następnie przykłady zastosowań NIRS w przemyśle oleju palmowego. Pokazują one, jakie korzyści producenci oleju palmowego mogą odnieść z wdrożenia NIRS w procesie kontroli jakości.
Jak działa spektroskopia NIR?
Światło i materia oddziałują na siebie na różne sposoby. Jednakże światło stosowane w metodach spektroskopowych (np. NIRS) jest zazwyczaj opisywane raczej za pomocą długości fali lub liczb falowych, a nie zastosowanej energii. Spektrometr NIR (np. Metrohm Analizator cieczy DS2500) mierzy tę interakcję w celu wygenerowania widm z próbki (Rysunek 4).
Ta technika analityczna jest dość wrażliwa na obecność pewnych grup funkcyjnych (tj. -CH, -NH, -OH i -SH) w próbkach. Jako taki, NIRS idealnie nadaje się do ilościowego określania parametrów chemicznych oleju palmowego zawartość wody (wilgoci)., wolne kwasy tłuszczowe (FFA), liczba jodowa (IV), i pogorszenie wskaźnika bielalności (DOBI), pośród innych. Oddziaływanie światła z materią zależy również od próbki. Umożliwia to pomiar parametrów fizycznych i reologicznych (np. gęstości i lepkości). To bogactwo informacji zawarte jest w tylko jedno widmo NIR, dzięki czemu metoda ta nadaje się do szybkiej analizy wieloparametrowej.
Tryb pomiaru
Tryby pomiaru NIRS zależą od typu próbki. Tryb transmisji jest najbardziej odpowiedni do analizy próbek cieczy, takich jak olej palmowy (Rysunek 5). W tym przypadku światło NIR przemieszcza się przez próbkę podczas absorpcji. Następnie wykrywane jest wszelkie niezaabsorbowane światło NIR.
Zalety stosowania spektroskopii NIR
Jest jasne, że prostota dotyczące pomiaru próbki i szybkość zastosowania to dwie główne zalety stosowania spektroskopii NIR do kontroli jakości:
- Szybka technika – wyniki uzyskuje się w czasie <1 minuty.
- Brak przygotowania próbki – zmierzyć próbkę taką, jaka jest.
- Niski koszt próbki – do analizy nie są potrzebne żadne odczynniki.
- Przyjazny dla środowiska – nie powstają żadne odpady.
- Pomiar nieniszczący – próbki po analizie można wykorzystać ponownie.
- Łatwa operacja – niedoświadczeni użytkownicy odnoszą natychmiastowy sukces.
Dowiedz się więcej o NIRS jako technika drugorzędna w naszych poprzednich postach na blogu.
Korzyści ze spektroskopii NIR: Część 1
Korzyści ze spektroskopii NIR: Część 2
Zgodność ASTM z NIRS w zakresie kontroli jakości
ASTM E1655: Standardowe praktyki wieloczynnikowej analizy ilościowej w podczerwieni
„Praktyki te obejmują wytyczne dotyczące wieloczynnikowej kalibracji spektrometrów podczerwieni stosowanych do określania właściwości fizycznych lub chemicznych materiałów. Praktyki te mają zastosowanie do analiz prowadzonych w obszarze widma bliskiej podczerwieni (NIR) (około 780–2500 nm) poprzez obszar widma średniej podczerwieni (MIR) (około 4000–400 cm-1).»
Typowe zastosowania i parametry analizy NIRS
Produkty z oleju palmowego poddawane są wielu znormalizowanym metodom badawczym w celu określenia ich właściwości chemicznych i fizycznych. Badania laboratoryjne są nieodzowną częścią badań i rozwoju oraz kontroli jakości. Tabela 1 wymienia najważniejsze parametry badawcze dotyczące kontroli jakości różnych postaci oleju palmowego (np. surowego oleju palmowego (CPO), surowego oleju z ziaren palmowych (CPKO) oraz rafinowanego, bielonego i dezodoryzowanego (RBD) oleju palmowego).
Tabela 1. Wiele parametrów kontroli jakości produktów z oleju palmowego mierzy się konwencjonalnymi technikami laboratoryjnymi, które wymagają odczynników chemicznych, wykwalifikowanych techników i przygotowania próbki. NIRS jest odpowiednią alternatywną techniką, która pozwala określić wszystkie te parametry w mniej niż minutę.
| Parametr | Metoda pierwszorzędowa (pierwotna). |
|---|---|
| Wilgoć | Miareczkowanie Karla Fischera |
| Wolne kwasy tłuszczowe (FFA) | Miareczkowanie |
| Liczba jodowa (IV) | Miareczkowanie |
| Pogorszenie wskaźnika wybielalności (DOBI) | Fotometria |
| Karoten | Fotometria |
NIRS: gotowe rozwiązanie do analizy oleju palmowego
Metrohm oferuje NIRS jako gotowe rozwiązanie do analizy oleju palmowego z gotowymi do użycia modelami przedkalibracyjnymi do oznaczania liczby jodowej (IV), wilgotności (%) wody i zawartości wolnych kwasów tłuszczowych (FFA) (Tabela 2). Do analizy produktów takich jak np. dedykowane są różne, specyficzne kalibracje wstępne surowy olej palmowy (CPO), surowy olej z ziaren palmowych (CPKO), Lub rafinowana, bielona i dezodoryzowana (RBD) surowa stearyna lub oleina palmowa. Te modele przedkalibracyjne umożliwiają zastosowanie tego rozwiązania „pod klucz”. natychmiast, bez opracowania jakiejkolwiek metody.
Tabela 2. Dostępne modele wstępnej kalibracji Metrohm NIRS dla wybranych produktów oleju palmowego pokazane z zakresem pomiarowym i standardowym błędem walidacji krzyżowej (SECV).
| Parametr | CPKO | CPO | RBD | |
|---|---|---|---|---|
| FFA (%) | Zakres | 0–4 | 2,5–6 | 0–0,25 |
| SECV | 0,11 | 0,26 | 0,03 | |
| Wilgotność (%) | Zakres | 0–0,3 | 0–0,3 | 0–0,1 |
| SECV | 0,03 | 0,05 | 0,01 | |
| IV | Zakres | 7–19 | 49–53 | 21–63 |
| SECV | 0,27 | 0,22 | 0,56 |
Wyniki analizy surowego oleju palmowego miernikiem Metrohm Analizator cieczy DS2500 są pokazane w Tabela 3. Wszystkie składniki mierzone metodą NIRS wykazują solidne wartości korelacji. Dodatkowo standardowy błąd walidacji krzyżowej (SECV) ma wartość zbliżoną do standardowego błędu kalibracji (SEC) dla wszystkich modeli.
Tabela 3. Przykład analizy wieloskładnikowej surowego oleju palmowego (CPO) metodą NIRS.
| Liczby zasług | FFA | IV | Zawartość wilgoci | DOBI | Zawartość karotenu |
|---|---|---|---|---|---|
| R2 | 0,835 | 0,911 | 0,638 | 0,842 | 0,677 |
| SEK | 0,266% | 184 mg/100 g | 0,046% | 0,17 | 22,9 µg/g (ppm) |
| SECV | 0,270% | 210 mg/100g | 0,047% | 0,19 | 23,4 µg/g (ppm) |
Streszczenie
Spektroskopia w bliskiej podczerwieni doskonale nadaje się do analizy kilku kluczowych parametrów jakości oleju palmowego CPO, CPKO i RBD. Tylko jeden przyrząd NIRS może zmierzyć wiele parametrów kontroli jakości w ułamku czasu w porównaniu z innymi technikami analitycznymi.
Analiza próbek oleju palmowego metodami podstawowymi (tj. miareczkowaniem, miareczkowaniem Karla Fischera i fotometrią) może zająć do 30 minut. Konwencjonalne oznaczanie metodą chemii mokrej wymaga odczynników chemicznych, przygotowania próbki, wielu instrumentów i wykwalifikowanego personelu laboratoryjnego. Wręcz przeciwnie, wieloparametrowa analiza oleju palmowego za pomocą NIRS zajmuje mniej niż minutę. Większa przepustowość próbek jest możliwa dzięki szybkiemu czasowi uzyskania wyniku i temu, że nie jest wymagane przygotowanie próbki. Skutkuje to również niższymi kosztami na próbkę, nie tylko ze względu na oszczędność czasu, ale także dlatego, że nie są potrzebne żadne środki chemiczne.
Bibliografia
[1] WikiKorporacje. Przemysł oleju palmowego. https://www.wikicorporates.org/wiki/Palm_Oil_Industry (dostęp: 2023-09-07).
[2] Światowy Fundusz na rzecz Przyrody. Które produkty codziennego użytku zawierają olej palmowy?. Olej palmowy. https://www.worldwildlife.org/pages/ Which-everyday-products-contain-palm-oil (dostęp: 2023-09-07).
Wiedza dodatkowa
Kalibracja wstępna do analizy surowego oleju palmowego
Kalibracja wstępna do analizy surowego oleju z ziaren palmowych
Zwiększ wydajność w laboratorium kontroli jakości: jak NIRS pomaga obniżyć koszty nawet o 90%
Niedocenianie procesów kontroli jakości jest jednym z głównych czynników prowadzących do wewnętrznych i zewnętrznych awarii produktów, które według doniesień powodują utratę obrotów o 10–30%. W rezultacie wprowadzono wiele różnych norm, które mają wspierać producentów w tym zakresie. Jednakże czas potrzebny na uzyskanie wyniku i związane z nim koszty środków chemicznych mogą być dość nadmierne, co powoduje, że wiele firm wdraża spektroskopię w bliskiej podczerwieni w procesie kontroli jakości. Niniejsza biała księga ilustruje potencjał NIRS i wskazuje potencjał oszczędności kosztów do 90%.
