Vegetable oils oily acid composition and diesel mixed fuels assessment based on camelina, coleseed and oilseed flax

Full Text

Одним из перспективных направлений повышения конкурентоспособности отечественного агропромышленного производства является работа по переводу автотракторной техники на дизельное смесевое топливо (ДСТ), получаемое путём смешивания минерального дизельного топлива (ДТ) и растительного масла (РМ) [1, 2]. Россия, как страна, имеющая значительные невозделываемые сельскохозяйственные площади и благоприятные условия для выращивания многих масличных культур, сможет не только обеспечить себя РМ, но и прочно занять ведущее место среди поставщиков альтернативных источников энергии биологического происхождения на мировой рынок. В качестве биологического компонента для производства ДСТ наиболее изучено и широко внедрено в производство рапсовое масло [3, 4]. Технология получения этого масла хорошо отлажена, однако агротехника возделывания рапса достаточно сложна и затратна. Поэтому в качестве альтернативных видов РМ могут являться рыжиковое, сурепное и льняное масла [5-10]. Для использования перечисленных РМ в качестве биологического компонента ДСТ, в первую очередь, необходимо оценить жирнокислотный состав РМ и ДСТ на их основе при различных объёмных соотношениях РМ и минерального ДТ. Цель исследований – оценка жирнокислотного состава натуральных и озвученных масел (рыжикового, сурепного и льняного) и ДСТ. Для достижения поставленной цели была определена следующая задача – провести хроматографический анализ натуральных и озвученных масел (рыжикового, сурепного и льняного) и ДСТ на их основе. Объект исследований: растительные масла рыжика, сурепицы и льна масличного, полученные методом холодного отжима, а также их смеси с летним минеральным ДТ в объемном соотношении 25:75, 50:50, 75:25 и 90:10. Содержание высокомолекулярных жирных кислот (ВЖК) растительных масел определяли методом газожидкостной хроматографии на хроматографе «Кристалл 5000.1» в Пензенском НИИСХ Россельхозакадемии. Сравнительный состав ВЖК масел рыжика, сурепицы и льна масличного приведен в таблице 1. Таблица 1 Сравнительный состав ВЖК масел рыжика, сурепицы и льна масличного Наименование ВЖК Химическая формула Содержание ВЖК, % рыжик сурепица лён Насыщенные 8,500 5,822 9,440 Миристиновая С14 Н28 О2 0,040 0,036 0,033 Пентадекановая С15 Н30 О2 0,010 0,013 0,013 Пальмитиновая С16 Н32 О2 4,300 3,322 5,250 Стеариновая С18 Н36 О2 2,300 1,527 3,663 Арахиновая С20 Н40 О2 1,040 0,460 0,133 Бегеновая С22 Н44 О2 0,310 0,310 0,167 Лигноцериновая С24 Н48 О2 0,500 0,154 0,181 Мононенасыщенные 26,400 56,000 15,966 Пальмитоолеиновая С16 Н30 О2 0,070 0,151 0,072 Олеиновая С18 Н34 О2 12,730 44,564 15,560 Годоиновая С20 Н38 О2 11,190 2,917 0,142 Эруковая С22 Н42 О2 2,380 7,856 0,024 Нервоновая С24 Н46 О2 0,030 0,512 0,168 Полиненасыщенные 65,090 38,184 74,597 Линолевая С18 Н32 О2 24,290 25,974 69,509 Эйкозадиеновая С20 Н36 О2 1,520 0,178 0,047 Докозадиеновая С22 Н40 О2 0,240 0,024 0,018 g-линоленовая С18 Н30 О2 0,010 0,004 0,002 a-линоленовая С18 Н30 О2 36,920 11,954 5,016 Докозатриеновая С22 Н38 О2 0,240 0,035 0,001 Арахидоновая С20 Н32 О2 1,870 0,015 0,004 В масле рыжика основными ВЖК являются полиненасыщенные a-линоленовая (37%) и линолевая (24%) кислоты, а также мононенасыщенные олеиновая (12,7%) и годоиновая (11%) кислоты. Масло сурепицы по составу ВЖК отличается от масла рыжика высоким содержанием мононенасыщенных ВЖК и, прежде всего, высоким содержанием олеиновой кислоты (44,5%). Отличительной особенностью масла льна масличного от масел рыжика и сурепицы является более низкое содержание мононенасыщенных кислот (16%) и повышенное содержание полиненасыщенных кислот (74,6%), основную долю которых составляет линолевая кислота (69,5%). Суммарное содержание мононенасыщенных ВЖК составило в масле рыжика 26,4%, сурепицы – 56% и льна – 16%. Добавление в исследуемые растительные масла летнего минерального топлива Л-02-62 привело к некоторому изменению содержания ВЖК в ДСТ (табл. 2-4). Анализ данных таблицы 2 показывает, что при повышении в рыжико-минеральном топливе доли минерального ДТ до 75% увеличивается содержание пентадекановой, g-линоленовой, эйкозадиеновой, эруковой и нервоновой кислот и уменьшается содержание стеариновой, линолевой и годоиновой кислот. Из таблицы 3 следует, что с повышением в сурепно-минеральном топливе доли минерального ДТ происходит увеличение содержания пальмитиновой, g-линоленовой, годоиновой и арахидоновой кислот. Исследования ВЖК масла льна (табл. 4) показало, что при увеличении в ДСТ доли летнего минерального ДТ наблюдается увеличение содержания миристиновой, пентадекановой, пальмитиновой, g-линоленовой и арахиновой кислот, при некотором снижении содержания пальмитоолеиновой, стеариновой, олеиновой и докозадиеновой кислот. Представляет научный и практический интерес оценить влияние ультразвука на относительное содержание ВЖК в растительном масле и ДСТ (табл. 5-7). Таблица 2 Содержание ВЖК в рыжико-минеральном топливе Наименование ВЖК Относительное содержание ВЖК, % доля масла в смеси, % 100 90 75 50 25 Миристиновая 0,04 0,006 0,03 0,03 0,01 Пентадекановая 0,01 0,0019 0,22 0,47 1,36 Пальмитиновая 4,30 4,254 4,22 4,23 4,23 Пальмитоолеиновая 0,07 0,026 0,09 0,11 0,17 Стеариновая 2,30 2,276 2,27 2,23 2,14 Олеиновая 12,73 13,531 12,65 12,60 12,09 Линолевая 24,29 24,240 24,15 23,96 23,92 g-линоленовая 0,01 0,032 0,04 0,06 0,13 a-линоленовая 36,92 36,023 36,93 36,80 36,60 Арахиновая 1,04 1,049 1,04 1,04 1,03 Годоиновая 11,19 11,248 11,21 11,15 10,75 Эйкозадиеновая 1,52 1,523 1,55 1,56 1,62 Арахидоновая 1,87 1,828 1,88 1,87 1,85 Бегеновая 0,31 0,339 0,33 0,34 0,38 Эруковая 2,38 2,452 2,41 2,49 2,54 Докозадиеновая 0,24 0,016 0,22 0,21 0,21 Докозатриеновая 0,24 0,379 0,24 0,25 0,26 Лигноцериновая 0,50 0,143 0,51 0,53 0,56 Нервоновая 0,03 0,619 0,03 0,08 0,16 Таблица 3 Содержание ВЖК в сурепно-минеральном топливе Наименование ВЖК Относительное содержание ВЖК, % доля масла в смеси, % 100 90 75 50 25 Миристиновая 0,036 0,040 0,036 0,031 0,031 Пентадекановая 0,013 0,014 0,013 0,013 0,023 Пальмитиновая 3,322 3,329 3,346 3,353 3,589 Пальмитоолеиновая 0,151 0,151 0,158 0,152 0,143 Стеариновая 1,527 1,522 1,529 1,556 1,448 Олеиновая 44,564 44,711 44,403 44,181 43,854 Линолевая 25,974 25,878 26,147 26,090 26,427 g-линоленовая 0,004 0,005 0,013 0,014 0,079 a-линоленовая 11,954 11,952 11,895 11,940 11,907 Арахиновая 0,460 0,464 0,460 0,458 0,412 Годоиновая 2,917 2,923 2,931 3,013 2,947 Эйкозадиеновая 0,178 0,171 0,176 0,172 0,135 Арахидоновая 0,015 0,016 0,020 0,031 0,076 Бегеновая 0,310 0,329 0,328 0,273 0,373 Эруковая 7,856 7,758 7,777 7,941 7,856 Докозадиеновая 0,024 0,026 0,028 0,026 0,023 Докозатриеновая 0,035 0,034 0,035 0,037 0,020 Лигноцериновая 0,154 0,174 0,207 0,217 0,198 Нервоновая 0,512 0,509 0,504 0,506 0,463 Таблица 4 Содержание ВЖК в льняно-минеральном топливе Наименование ВЖК Относительное содержание ВЖК, % доля масла в смеси, % 100 90 75 50 25 1 2 3 4 5 6 Миристиновая 0,033 0,033 0,033 0,040 0,069 Пентадекановая 0,013 0,013 0,015 0,020 0,022 Пальмитиновая 5,250 5,261 5,265 5,319 5,595 Пальмитоолеиновая 0,072 0,073 0,067 0,057 0,056 Стеариновая 3,663 3,657 3,658 3,649 3,567 Олеиновая 15,560 15,565 15,554 15,533 15,460 Линолевая 69,509 69,364 69,422 69,169 69,145 g-линоленовая 0,002 0,008 0,013 0,046 0,084 Окончание табл. 4 1 2 3 4 5 6 a-линоленовая 5,016 5,179 5,136 5,253 5,061 Арахиновая 0,133 0,144 0,147 0,162 0,190 Годоиновая 0,142 0,191 0,187 0,241 0,236 Эйкозадиеновая 0,047 0,053 0,060 0,059 0,058 Арахидоновая 0,004 0,013 0,012 0,019 0,018 Бегеновая 0,167 0,175 0,163 0,149 0,131 Эруковая 0,024 0,024 0,019 0,033 0,054 Докозадиеновая 0,018 0,018 0,014 0,008 0,005 Докозатриеновая 0,001 0,002 0,001 0,005 0,009 Лигноцериновая 0,181 0,067 0,071 0,080 0,079 Нервоновая 0,168 0,164 0,165 0,161 0,167 Таблица 5 Содержание ВЖК в озвученном рыжико-минеральном топливе Наименование ВЖК Относительное содержание ВЖК, % доля масла в смеси, % 100 90 75 50 25 Миристиновая 0,039 0,042 0,026 0,026 0,519 Пентадекановая 0,011 0,023 0,015 0,022 0,178 Пальмитиновая 4,378 4,625 4,324 4,463 5,522 Пальмитоолеиновая 0,070 0,079 0,092 0,084 0,436 Стеариновая 2,475 2,265 2,271 2,255 2,190 Олеиновая 12,772 12,946 12,666 12,898 12,643 Линолевая 24,066 24,784 24,283 24,223 24,588 g-линоленовая 0,027 0,023 0,025 0,039 0,261 a-линоленовая 36,625 37,932 36,661 36,797 34,614 Арахиновая 1,054 0,942 1,054 1,016 1,039 Годоиновая 11,225 10,242 11,259 10,984 10,360 Эйкозадиеновая 1,513 1,397 1,536 1,481 1,573 Арахидоновая 1,841 1,711 1,855 1,804 1,554 Бегеновая 0,312 0,259 0,332 0,362 0,824 Эруковая 2,409 1,951 2,442 2,363 2,653 Докозадиеновая 0,019 0,018 0,032 0,130 0,275 Докозатриеновая 0,376 0,265 0,335 0,365 0,336 Лигноцериновая 0,182 0,115 0,188 0,151 0,081 Нервоновая 0,610 0,411 0,609 0,544 0,358 Таблица 6 Содержание ВЖК в озвученном сурепно-минеральном топливе Наименование ВЖК Относительное содержание ВЖК, % доля масла в смеси, % 100 90 75 50 25 Миристиновая 0,039 0,039 0,033 0,034 0,038 Пентадекановая 0,013 0,013 0,012 0,013 0,018 Пальмитиновая 3,316 3,368 3,366 3,387 3,563 Пальмитоолеиновая 0,155 0,154 0,164 0,161 0,152 Стеариновая 1,532 1,556 1,536 1,559 1,544 Олеиновая 44,643 43,957 44,134 43,920 42,602 Линолевая 25,959 26,768 26,225 26,039 26,164 g-линоленовая 0,009 0,007 0,016 0,019 0,068 a-линоленовая 11,745 11,700 11,925 12,181 13,073 Арахиновая 0,466 0,464 0,460 0,465 0,461 Годоиновая 2,955 2,926 2,956 3,038 3,317 Эйкозадиеновая 0,177 0,178 0,169 0,183 0,215 Арахидоновая 0,015 0,015 0,021 0,033 0,073 Бегеновая 0,327 0,331 0,326 0,339 0,296 Эруковая 7,853 7,752 7,855 7,862 7,648 Докозадиеновая 0,026 0,026 0,031 0,031 0,018 Докозатриеновая 0,033 0,033 0,035 0,038 0,049 Лигноцериновая 0,216 0,207 0,220 0,190 0,206 Нервоновая 0,525 0,511 0,521 0,511 0,500 Таблица 7 Содержание ВЖК в озвученном льняно-минеральном топливе Наименование ВЖК Относительное содержание ВЖК, % доля масла в смеси, % 100 90 75 50 25 Миристиновая 0,036 0,034 0,032 0,035 0,076 Пентадекановая 0,014 0,014 0,014 0,015 0,026 Пальмитиновая 5,256 5,272 5,285 5,280 5,566 Пальмитоолеиновая 0,074 0,074 0,071 0,069 0,082 Стеариновая 3,649 3,646 3,646 3,669 3,525 Олеиновая 15,566 15,635 15,553 15,479 15,616 Линолевая 69,041 68,960 69,282 69,135 67,754 g-линоленовая 0,002 0,002 0,002 0,013 0,050 a-линоленовая 5,399 5,391 5,252 5,345 5,981 Арахиновая 0,153 0,154 0,146 0,165 0,225 Годоиновая 0,259 0,257 0,224 0,266 0,465 Эйкозадиеновая 0,062 0,068 0,055 0,062 0,095 Арахидоновая 0,022 0,019 0,017 0,022 0,054 Бегеновая 0,172 0,170 0,153 0,152 0,129 Эруковая 0,039 0,046 0,028 0,044 0,121 Докозадиеновая 0,018 0,016 0,016 0,009 0,002 Докозатриеновая 0,005 0,003 0,003 0,005 0,010 Лигноцериновая 0,078 0,077 0,068 0,084 0,056 Нервоновая 0,160 0,165 0,158 0,158 0,170 Обработка растительных масел и ДСТ ультразвуком с частотой излучения 44 кГц привела к изменению в них содержания того или иного вида ВЖК. Так, при обработке рыжикового масла ультразвуком произошло увеличение процентного содержания стеариновой (с 2,3 до 2,475%), докозатриеновой (с 0,24 до 0,376%) и нервоновой (с 0,03 до 0,512%) кислот, с одновременным уменьшением содержания линолевой (с 24,29 до 24,066%), a-линоленовой (с 36,92 до 36,625%), докозадиеновой (с 0,24 до 0,019%) и лигноцериновой (с 0,5 до 0,182%) кислот по сравнению с натуральным (необработанным ультразвуком) маслом. Аналогичная динамика наблюдается и при обработке ультразвуком рыжико-минерального топлива. При обработке сурепного масла ультразвуком произошло увеличение процентного содержания олеиновой (с 44,564 до 44,643%), лигноцериновой (с 0,154 до 0,216%), с одновременным уменьшением содержания a-линоленовой (с 11,954 до 11,745%) кислоты по сравнению с натуральным (необработанным ультразвуком) маслом. При этом необходимо отметить, что при обработке ультразвуком сурепно-минерального топлива динамика несколько меняется. Так, например, при обработке ультразвуком сурепно-минерального топлива с долей масла в смеси равной 25% отмечается увеличение содержания a-линоленовой (с 11,907 до13,073%), годоиновой (с 2,947 до 3,317%) и эйкозадиеновой (с 0,135 до 0,215%) кислот, с одновременным уменьшением содержания олеиновой (с 43,854 до 42,602%), линолевой (с 26,427 до 26,164%), бегеновой (с 0,373 до 0,296%) и эруковой (с 7,856 до 7,648%) кислот. При обработке льняного масла ультразвуком произошло увеличение процентного содержания a-линоленовой (с 5,016 до 5,399%) и годоиновой (с 0,142 до 0,259%) кислот, с одновременным уменьшением содержания линолевой (с 69,509 до 69,041%) и лигноцериновой (с 0,181 до 0,078%) кислот по сравнению с натуральным (необработанным ультразвуком) маслом. Аналогичная динамика наблюдается и при обработке ультразвуком рыжико-минерального топлива. Таким образом, в результате лабораторных исследований определён жирнокислотный состав натуральных и озвученных масел (рыжикового, сурепного и льняного) и ДСТ на их основе. Использование полученных результатов позволяет определить теплотворные свойства исследованных масел и ДСТ и рассчитать основные показатели рабочего процесса дизеля.

About the authors

E A Sidorov

FSBEI HVE Ul’yanovsk SAA named after P.A. Stolyhpin

A P Ukhanov

FSBEI HVE Penza SAA

O N Zelenina

SRI “Penzenskiy science-research institute of agriculture” Rosagriacademy

References

Supplementary files