CC BY
98
633.854.78.002.611
БИОХИМИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА ПРИ СЕЛЕКЦИИ НА ВЫСОКУЮ МАСЛИЧНОСТЬ
М.В. СТЕПУРО, В.Г. ЛОБАНОВ
Кубанский государственный технологический университет,
350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; электронная почта: [email protected]
В результате селекции подсолнечника на высокую масличность произошли существенные изменения в химическом составе семян. Изменился жирнокислотный состав получаемого масла. Вследствие повышения масличности семян снизилось относительное содержание фитина и общего фосфора. Не смотря на то, что семена новых высокомасличных сортов подсолнечника содержат значительно меньше плодовой оболочки, относительное содержание восков увеличилось. Это потребовало введения дополнительной технологической операции - вымораживания. Особенности химического состава семян подсолнечника современных сортов и гибридов свидетельствуют, что в последние десятилетия селекционерами создан новый тип подсолнечника, отличающийся по многим характеристикам от исходного сорта. Ключевые слова: подсолнечник, масличность, селекция, жирнокислотный состав, фосфор, белковый комплекс.
Подсолнечник (НеНапХкия) принадлежит к ботаническому семейству астровых. Из однолетних растений этого семейства промышленное использование имеет подсолнечник культурный масличный (НеНап-кш аппиия), из многолетних - топинамбур, или земляная груша (НеНапХкия ШЬегояия).
В результате многолетней селекционной работы были созданы новые сорта подсолнечника с уникальным химическим составом. При выведении новых сортов селекционеры стремились увеличить урожайность, стойкость растений к полевым вредителям, но в первую очередь повысить содержание масла в семенах [1]. Высокая масличность семян была достигнута за счет снижения массовой доли плодовой оболочки. В результате селекции на масличность содержание оболочки (лузжистость семян) было снижено с 39-40% от массы семян до 18-20%. Современные сорта подсолнечника отличаются высокой масличностью семян -до 52-54% - и пригодностью к механизированной уборке.
Массовая доля липидов в высокомасличных семенах возросла с 37до 52% на абсолютно сухое вещество и составила в ядре (семядолях) до 64%, на 5-6% больше по сравнению со старыми сортами, в плодовой оболочке - до 3-3,5% (в старых сортах - 1,2-1,5%).
Одновременно с ростом масличности семян неожиданно изменился жирнокислотный состав масла (триа-цилглицеролов). Массовая доля олеиновой кислоты снизилась с 50 до 35% от суммы жирных кислот, а массовая доля линолевой - возросла с 40 до 60%. Масло стало очень быстро окисляться при кулинарной обработке. Это потребовало создания новых сортов подсолнечника олеинового типа.
В настоящее время среди культивируемых в России сортов и гибридов подсолнечника наиболее распространены два типа, отличающихся по составу жирных
кислот в масле. Из их семян получают два типа растительных масел: масло линолевого типа, в составе которого преобладаетлинолевая кислота, содержащая в молекуле 18 атомов углерода и две двойные связи, и масло подсолнечника олеинового типа, в составе которого преобладает олеиновая кислота, также имеющая 18 атомов углерода, но одну двойную связь. Масло этого сорта подсолнечника полноценно заменяет импортируемое оливковое масло. По направлению использования выделяют также кондитерский тип подсолнечника, отличающийся высоким содержанием белка в семенах и относительно легко отделяемой плодовой оболочкой. В последние годы чаще всего для посева используют гибридный подсолнечник, представленный гибридами российской и зарубежной селекции. Преимущества гибридного подсолнечника - повышенная устойчивость к белой и серой гнилям, которые повреждают семена других типов и снижают урожай семян, выход масла из семян и его пищевое применение. Достоинством гибридного подсолнечника является его пригодность к возделыванию по индустриальной технологии, обусловленная одновременностью созревания семян на растении, выравненностью растений по высоте стебля и размерам соцветия. Эти преимущества определяют ведущую роль гибридного подсолнечника в общем объеме производства и переработки семян подсолнечника, несмотря на относительно более низкую масличность и возросшие трудности при отделении плодовой оболочки от ядра по сравнению с сортовыми семенами.
У подсолнечника практически все запасные вещества семян сосредоточены в зародыше - в его семядолях. Клетки семядолей и эндосперма заполнены отложениями запасных веществ - масла и белка [2]. Внешние клетки плодовой оболочки покрыты восками и воскоподобными веществами, содержание которых
увеличилось при селекции подсолнечника на высокую масличность. Возросла массовая доля восков в липидах плодовой оболочки - до 80-82% от общей суммы липидов. Из-за трудности отделения лузги ее доля в материале, поступающем на обезжиривание, возросла до 12-15% и выше. Воски лузги, растворяясь в масле при температуре выше 80°С, затем кристаллизовались при охлаждении масла, которое стало получаться непрозрачным, в нем появилась «сетка», состоящая из восков плодовой оболочки. Потребовалось дополнительно обрабатывать масло для осаждения восков -вымораживать.
Современные районированные сорта и гибриды подсолнечника селекции ВНИИМК в посевах при оптимальной площади питания имеют масличность ядра семян или массовую долю липидов 64-66% на а. с. в., суммарное содержание двух главных компонентов семян - масла и белка - 83-86% [3]. В составе жирных кислот запасных липидов у современных сортов и гибридов подсолнечника, за исключением сортов высокоолеинового типа, преобладает по содержанию линоле-вая кислота, составляющая от 46 до 64% от суммы жирных кислот, второй жирной кислотой является олеиновая - от 26 до 46%, на пальмитиновую и стеариновую кислоты в сумме приходится 7-12%. Колебания в соотношении жирных кислот обусловлены в основном температурными условиями в период накопления масла в семенах. Благодаря косвенному действию на реакцию десатурации жирных кислот, пониженные температуры способствуют биосинтезу линолевой кислоты, а высокие температуры - биосинтезу олеиновой. В то же время значительно в меньшей степени реагирует на изменение температуры воздуха в период созревания семян высокоолеиновый сорт Первенец, в масле которого содержится 68-80% олеиновой и 13-25% линолевой кислот от общей суммы жирных кислот.
В белковых телах семян современного подсолнечника присутствуют магниево-кальциевые соли фитиновой (инозитгексафосфорной) кислоты, или фитин. На фосфор фитина приходится 58-80% его суммарного содержания в семенах [3]. Содержание фитина в семенах подсолнечника колеблется в зависимости от сорта и условий выращивания. Но интервал изменения количества фитина (в пересчете на инозитфосфорную кислоту) зависит от сорта значительно меньше (от 1,63 до 2,18% на абсолютно сухую массу), чем от условий выращивания (от 1,15 до 2,70% на абсолютно сухую массу). Установлено снижение относительного содержания фитина и общего фосфора в семенах при повышении масличности семян.
Низкая растворимость большинства солей фитиновой кислоты обусловливает неполное всасывание и усвоение организмом человека многих содержащихся в пище макро- и микроэлементов, особенно кальция, магния, железа, цинка, молибдена, марганца и меди. Поступление фитиновой кислоты с растительной пищей оказывает рахитогенное действие на организм,
препятствуя усвоению незаменимых минеральных элементов [4]. Фитиновая кислота также способна образовывать с белками семян подсолнечника труднорастворимые комплексы, снижая величину рН, необходимую для их осаждения при получении растительных белков из подсолнечника [4].
Количество свободных фосфолипидов в подсолнечном масле зависит от способа его извлечения из семян. В семенах их доля составляет 3-4% от общего количества фосфолипидов, остальная масса фосфолипидов приходится на связанные. Общее количество фосфолипидов - свободных и связанных - составляет 0,74-0,85% от массы подсолнечных семян в пересчете на фосфатидилхолин и, как правило, не коррелирует с величиной их масличности. В процессе переработки семян подсолнечника в масло переходят свободные и частично связанные фосфатиды [5].
В ядре - семядолях зародыша семян подсолнечника
- содержание фосфолипидов составляет 0,3-1,1% на абсолютно сухую массу [3]. Среди фосфолипидов преобладают фосфатидилхолины, 2-е и 3-е место по количеству занимают фосфатидилэтиноламины и инозит-фосфатиды. В небольших количествах содержатся фосфатидилсерины. Большинство авторов считают, что из форм фосфолипидов фосфатидилхолины представляют наиболее ценный продукт для пищевых и технических целей [3].
В семенах современных высокомасличных сортов подсолнечника стеролов содержится 0,23-0,34% на абсолютно сухую массу. Преобладающее количество стеролов в ядрах зрелых семян находится в неэтерифици-рованной форме (74-87% от суммы). Остальные представлены в основном в виде эфиров с жирными кислотами. В составе стеролов преобладает Р-ситостерол (65-75%), кроме него имеются стигмастерол, кампе-стерол и холестерол. Стеролгликозиды содержатся в незначительном количестве.
При получении пищевых белков из семян подсолнечника особое внимание уделяют олигосахариду -раффинозе, содержание которой должно быть снижено, так как у многих людей раффиноза вызывает расстройство желудочно-кишечного тракта.
Согласно данным [3], в ядре подсолнечника в различных количествах содержатся подвижные (спирторастворимые, водорастворимые), малоподвижные (гемицеллюлозы, пектины) и неподвижные углеводы (целлюлоза, или клетчатка). В зрелых семенах эти формы углеводов в сумме составляют 6-10% абсолютно сухой массы. По данным А.М. Голдовского, у семян старых сортов подвижные углеводы составляют 58% от суммы всех углеводов, малоподвижные - 18%, неподвижные - 24%. На водорастворимую фракцию углеводов приходится 74-97% от суммы подвижных углеводов. В эту фракцию входят глюкоза, фруктоза, сахароза и раффиноза. В значительном количестве содержится трисахарид, в состав которого входят два остатка фруктозы и один глюкозы.
Содержание клетчатки в ядре семян колеблется от 1,7 до 3,8% на абсолютно сухую массу, в семенах (семянках) высокомасличных сортов - 12,4— 17,6%.
В семенах высокомасличных сортов подсолнечника, как правило, содержится 35-55 мг токоферолов на 100 г абсолютно сухой массы, или 65-90 мг на 100 г масла. Свойства токоферолов связаны с проявлением ими биологической Е-витаминной активности и анти-окислительного действия, благодаря которому масло в значительной степени предохраняется от окисления. В семенах современного подсолнечника присутствуют четыре формы токоферолов - а, Р, у, 8, в ряду которых снижается Е-витаминная активность, но возрастает ан-тиокислительное действие.
В ядрах зрелых семян подсолнечника пигменты представлены каротиноидами - каротинами (провитамин А) и ксантофиллами. Суммарное их содержание составляет 0,12-0,16 мг на 100 г абсолютно сухой массы ядра семян.
В семенах высокомасличных сортов подсолнечника содержатся витамины РР в количестве 100-148 мкг на 1 г сухой массы, а также тиамин (В[) -16-28, рибофлавин (В2) - 1,13-1,67 и биотин (В 3) -1,43-1,72 мкг на 1г сухой массы.
Содержание сырой золы в ядре зрелых семян подсолнечника составляет 2,96-4,12% на абсолютно сухую массу. Основные зольные элементы - это макроэлементы фосфор, калий, натрий, магний, кальций, кроме них имеются кремний, железо, сера, и микроэлементы - бор, марганец, медь, цинк и др. В золе основными элементами являются фосфор (более 50%) и калий.
Основная группа белков в семенах подсолнечника
- запасная. Помимо запасных белков в семенах содержатся каталитические (ферментные) белки орга-
ноидов - митохондрий, пластид, рибосом, всей системы биомембран клетки [6]. Запасные белки состоят из сравнительно небольшого числа аминокислот, как правило, они не сбалансированы по содержанию незаменимых аминокислот. Накопление запасного белка в ядре семян находится в обратной зависимости от накопления масла [5], хотя характер отложения в запас белков аналогичен накоплению в семенах запасных липидов [7].
Таким образом, анализ особенностей химического состава семян подсолнечника современных сортов и гибридов свидетельствует, что в последние десятилетия селекционерами создан новый тип подсолнечника, отличающийся по многим характеристикам от исходного сорта.
ЛИТЕРАТУРА
1. Щербаков В.Г. Технология получения растительных масел. - М.: Колос, 1992. -207 с.
2. Соболев А.М. Запасание белка в семенах растений. -М.: Наука, 1985. - 112 с.
3. Биология, селекция и возделывание подсолнечника / О.И. Тихонов, Н.И. Бочкарев, А.Б. Дьяков и др. - М.: Агропромиз-дат, 1991.- 281 с.
4. Уайт А., Хендлер Ф., Смит Э. Основы биохимии: В 3 т. Т. 3. - М.: Мир, 1981.
5. Лишкевич М.И. Химический состав и ферменты семян некоторых важных сортов подсолнечника // Тр. ВНИИЖ. - 1952. -Вып. 14. - С. 90-97.
6. Попов П.С., Осик Н.С. Соединения, сопутствующие жиру и белку в семенах подсолнечника и других масличных культур //Вопр. биохимии масличныхкультурвсвязисзадачамиселекции.-Краснодар: ВНИИМК, 1981.-С. 43-59.
7. Kabirullah М., Wills Ron B.N. Characterization of sunflower protein // J. Agr. and Food Chem. - 1983. - 31. - № 5. -P. 953-956.
Поступила 08.02.08г.
BIOCHEMICAL AND TECHNOLOGYCAL ALTERATIONS OF SUNFLOWER SEEDS WHILE SELECTING THE QUALITY OF HIGH OILNESS
M.V. STEPURO, V.G. LOBANOV
Kuban State Technological University,
2, Moskovskaya st., Krasnodar, 350072; e-mail: [email protected]
Due to the selection of the sunflower in order to get the quality of high oilness there were observed considerable changes in the chemical compound of the sunflower seeds. The fatty acid compound of the final oil has changed. Due to the increase of the sunflower seeds’ oilness the contents of the general phosphorous and phitin has reduced. Despite the fact, that the seeds of the new sunflower sort, containing high oilness, have considerably less amount of fruit shell the amount of waxes has increased. There was necessary an additional technological operation - freezing. The peculiarities of the chemical compound ofnew sorts and hybrids of sunflower seeds show us that during the last decades the selectors have grown new types of sunflower, that vary greatly from the original sort on many aspects.
Key words: sunflower, oilness, selection, fatty acid compound, phosphorous, protein complex.
