CC BY
91
УДК 631.576.3.002.28
СОСТАВ УГЛЕВОДОВ, МИНЕРАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ЖИРОВ ОКОЛОПЛОДНОЙ ОБОЛОЧКИ КЕДРОВОГО ОРЕХА
© Е.Ю. Егорова1, Р.Ю. Митрофанов2 , Г.Ю. Бахтин3
1Бийский технологический институт (филиал) Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова, Бийск (Россия)
2Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН, Бийск (Россия)
3ООО “Специалист”, Бийск (Россия) Е-mail: [email protected]
В статье приведены результаты исследования химического состава околоплодной оболочки семян Pinus sibirica Du Tour, получаемой по запатентованной технологии в промышленных объемах. Показана ценность углеводного комплекса, проанализирован состав жирного масла, охарактеризован качественный состав зольных элементов. Оценена перспективность переработки околоплодной оболочки в качестве дополнительного пищевого сырья - источника пищевых волокон.
Введение
Несмотря на многочисленные исследования в области переработки, химического состава, пищевой и технической ценности кедрового ореха в целом, имеющиеся в научной литературе данные по химическому составу околоплодной оболочки - «рубашки» - семян сосны кедровой сибирской (Pinus sibirica Du Tour) носят единичный характер и достаточно разрозненны. Фундаментальное исследование качественного и количественного состава ее компонентов не получило широкого развития, вероятно, по той единственной причине, что, как правило, в процессе получения кедрового масла «рубашка» не выделяется в чистом виде из массы отходов производства - скорлупы и/или «сечки» - и вследствие этого не может представлять практический интерес как индивидуальное вторичное сырье.
Однако если технологией предусмотрено отделение «рубашки» в виде самостоятельной фракции [1], она может быть с успехом использована в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности как дополнительный источник ряда биологически активных веществ.
Обычно в качестве наиболее ценного компонента химического состава околоплодной оболочки отмечается рутин как основной представитель Р-активных флавоноидов, содержание которых в «рубашке» отдельных видов орехоплодных может достигать 200 мг/100 г [2] и которые легко экстрагируются водноспиртовыми растворами различных концентраций [3].
Вместе с тем единичные литературные данные о высоком содержании целлюлозоподобных полисахаридов в составе околоплодной оболочки орехов позволяют рассматривать ее как потенциальное сырье, богатое пищевыми волокнами.
В связи с вышесказанным, целью настоящей работы явилось исследование химического состава околоплодной оболочки кедрового ореха для оценки перспективности ее использования в качестве сырья при разработке пищевых продуктов диетического назначения.
Экспериментальная часть
Объектом исследования послужила «рубашка», остающаяся в качестве отхода производства переработки ореха [4] с получением в качестве целевых продуктов пищевых масла и жмыха (рис. 1).
* Автор, с которым следует вести переписку.
Рис. 1. Технологическая схема переработки кедрового ореха
Технология переработки ореха
Рассматриваемая технология реализована в ООО «Специалист» и включает следующие операции.
Порцию ореха загружают в бункер-дозатор 2 классификатора 3, где происходит отделение мелкого сора (земли, хвои, и т.д.) и разделение ореха по типоразмеру на шесть фракций, размещаемых в мешках на стеллажах 1. После пофракционной нормализации ореха по влажности на установке 4 его загружают в бункер-питатель 5 и подают в установку рушки 6, настроенную для обрушивания ореха определенной фракции.
Обрушенный орех самотеком поступает в отделитель 7 и пневмоклассификатор 13 для расфракциониро-вания рушанки. Чистое ядро накапливается в сборниках 14, перегружается в поддоны и помещается в сушильный шкаф 10.
Высушенное ядро подают в бункер-питатель 11 отбойника 12, проходя через отбойник и пневмоклассификатор, оно почти на 90% освобождается от «рубашки», отвеиваемой потоком воздуха от вентилятора 9 и скапливаемой в воздушном фильтре 8. По мере заполнения фильтра «рубашку» перегружают в мешки и складируют в прохладном (температура не более 20 °С) помещении.
После окончательной полумеханической очистки ядра на транспортере 15 от мелких скорлупок и порченых ядер оно поступает на пресс 17 для однократного холодного отжима масла, стекающего в приемную емкость 16.
Свежеотжатое масло фильтруют (18) в промышленную тару 19 (флягу) и хранят в холодильнике для продажи «ангро» или фасуют в потребительскую упаковку. Параллельно с этой операцией осуществляют фасовку и складирование пищевого жмыха (с массовой долей жира 15...23%), скорлупы и ядра, предназначенного для реализации в мелкой потребительской упаковке.
Представленная технология позволяет получить чистую «рубашку» (без скорлупы и осколков ядер) с выходом до 0,7% от массы перерабатываемого ореха, что составляет от 1 до 1,4 кг/ч.
Методы испытаний
Определение отдельных показателей химического состава околоплодной оболочки (табл. 1): массовой доли влаги, золы, экстрактивных и дубильных веществ - проводилось по стандартным методикам анализа лекарственного растительного сырья [5].
Анализ качественного состава минеральных элементов золы выполнен с применением сканирующего электронного микроскопа JSM-840 (Япония, фирма JEJL) с рентгеновским анализатором (Англия, фирма Link) в режиме вторичных электронов при иуск=20 кВ и 1пучка электронов=3'10-9 А. Предварительно исследуемые образцы приклеивались к предметному столику и напылялись серебром в вакуумном универсальном посту JEE-4X.
Качественный и количественный состав углеводов изучен с использованием методик [6-8].
Состав жирных кислот определен по ГОСТ Р 51483-99 [9] на газожидкостном хроматографе Кристал-люкс-4000 с детектором ПИД-1 и капиллярной колонкой длиной 50 м.
Обсуждение результатов
Низкая влажность получаемой по приведенной технологии околоплодной оболочки характеризует ее как сырье, способное длительно храниться без ухудшения составляющих пищевой ценности и развития микробиологической порчи. К тому же такая влажность позволяет легко измельчать «рубашку» до дисперсности менее 1 мм. Подсушивание до более низкого содержания влаги приводит к тому, что в процессе измельчения растительный материал начинает пылить.
Водными растворами спирта различных концентраций из исследуемого материала извлекается значительное количество экстрактивных веществ, включающих сумму полифенольных соединений, водо- и спирторастворимые фракции белков, свободные аминокислоты, простые углеводы и водорастворимые минеральные соли.
Максимальное количество экстрактивных веществ извлекается из «рубашки» 95% раствором спирта (рис. 2), но в этом случае экстракт характеризуется очень высокой замутненностью, что может быть объяснено извлечением основного количества спирторастворимых белков и гемицеллюлоз.
В составе золы обнаружен ряд необходимых для человека макро- и микроэлементов, в том числе такие, как фосфор, сера, кальций, калий, железо, марганец и кремний. Названные компоненты золы относятся к так называемым «истинным биоэлементам» - элементам, являющимся обязательными участниками процессов обмена веществ в организме человека [10].
Рис. 2. Извлечение экстрактивных веществ в зависимости от концентрации этилового спирта
Массовая доля спирта в экстрагенте, %
Экспоненциальный
Таблица 1. Химический состав околоплодной оболочки кедрового ореха
Компонент Значение, %
Вода 7,15
Зола общая в пересчете на абсолютно сухое сырье, 1,13
в том числе зола, не растворимая в 10% растворе HCl 0,58
Экстрактивные вещества в пересчете на абсолютно сухое сырье, 16,00
в том числе дубильные вещества (в пересчете на танин) 1,57
Редуцирующие вещества (в пересчете на глюкозу) на абсолютно сухое сырье 6,30
Жиры и воски на абсолютно сухое сырье 7,54
Холоцеллюлоза на абсолютно сухое сырье, в том числе: 62,29
а-целлюлоза 32,29
гемицеллюлозы и пентозаны 30,03
Лигнин на абсолютно сухое сырье 22,60
Выявленное различие по массовой доле общей золы и золы, не растворимой в соляной кислоте, показывает, что более 50% от содержания минеральных элементов входит в состав «рубашки» в виде органоминеральных комплексов, т.е. в усвояемой для человека форме.
Исследование углеводного комплекса околоплодной оболочки позволило выявить высокое содержание полимеров, объединяемых в пищевой химии под общим названием «пищевые волокна» [11]: целлюлозы, полиоз и лигнина, суммарное участие которых в пересчете на сухую массу сырья составило почти 85%. При этом было установлено, что основная масса пищевых волокон представлена нерастворимой фракцией, обладающей более выраженным и специфичным физиологическим действием - целлюлозой и лигнином [12]. По содержанию только этих двух высокомолекулярных углеводов «рубашка» уже превосходит пшеничные отруби - традиционно используемое в пищевой промышленности физиологически активное сырье, в котором суммарное содержание растворимых и нерастворимых форм пищевых волокон составляет 36-52,8% [13, 14].
Не менее ценным с пищевых позиций следует признать липидный компонент, характеризующийся выраженным преобладанием ненасыщенных жирных кислот (табл. 2). Особо необходимо отметить высокое содержание не синтезируемых организмом человека и участвующих в синтезе простагландинов, тромбокса-нов и лейкотриенов полиненасыщенных линолевой и линоленовой кислот (42,33%), сумму которых принято обозначать как витамин Б [15].
В сравнении с выделяемым из ядра ореха пищевым кедровым маслом [16], жир, входящий в состав «рубашки», безусловно, уступает. Тем не менее достаточно высокое содержание жира, на 2/3 состоящего из ненасыщенных жирных кислот, положительно характеризует жировую ценность рассматриваемого сырья.
Таблица 2. Состав жирных кислот
Жирная кислота Краткое обозначение Массовая доля, %
в жире «рубашки» в пищевом кедровом масле (данные авторов)
Миристиновая С 14:0 0,17 0,04-0,66
Пальмитиновая С 16:0 7,55 3,99-4,50
Пальмитолеиновая С 16:1 1,84 0,04-0,31
Стеариновая С 18:0 3,65 2,02-2,61
Олеиновая С 18:1 21,02 20,09-24,86
Линолевая С 18:2 30,44 45,79-46,60
у-линоленовая С 18:3 11,33 19,00-19,83
а-линоленовая С 18:3 0,56 0,26-1,3
Арахиновая С 20:0 2,42 0,29-0,33
Сумма ненасыщенных жирных кислот 65,19 85,18-92,90
Сумма полиненасыщенных жирных кислот 42,33 65,05-67,73
Заключение
Таким образом, ценность химического состава околоплодной оболочки кедрового ореха как вторичного сырья определяется значительным содержанием богатого ненасыщенными кислотами жира, наличием усвояемых форм минеральных элементов и высоким содержанием неусвояемых полисахаридов на фоне низкого содержания легкоусвояемых редуцирующих сахаров.
С учетом того, что оптимальными по пищевой ценности считаются продукты, включающие совокупность медленно усвояемых и неусвояемых полисахаридов и лигнин, то «рубашку» можно считать достаточно интересным по углеводному составу пищевым сырьем, перспективным для обогащения рациона пищевыми волокнами.
Из литературы известно [17], что из всех пищевых волокон наименьшему разрушению при влаготепловой обработке подвергаются целлюлоза и лигнин. В связи с этим в качестве потенциальных групп продуктов питания, в рецептуру которых может быть введена околоплодная оболочка, можно назвать хлебобулочные изделия, сухие завтраки из зернового сырья и другие продукты, технология производства которых предусматривает использование пищевых волокон и непродолжительную влаготепловую обработку сырья.
Список литературы
1. Егорова Е.Ю., Будаева В.В., Лобанова А.А., Бахтин Г.Ю. Практические аспекты научного подхода к производству кедрового масла // Масложировая промышленность. 2006. №2. С. 34-37.
2. Цапалова И.Э., Губина М. Д., Позняковский В.М. Экспертиза дикорастущих плодов, ягод и травянистых растений. Новосибирск, 2000. 180 с.
3. Леманн Эд. Сибирские кедровые орешки и их составные части // Фармацевтический журнал. 1890. №17. С. 257-264; №18. С. 273-278.
4. Патент 2198913 РФ. Способ получения растительного масла и пищевого белкового продукта / Ю.В. Бахтин, А.Ф. Мжельский. № 2000129338/13; Заявлено 23.11.2000; Опубл. 20.02.2003, Бюл. № 5.
5. ГОСТ 24027.2-80. Сырье лекарственное растительное. Методы определения влажности, содержания золы, экстрактивных и дубильных веществ, эфирного масла. М., 1980. 12 с.
6. Аймухамедова Г.Б., Шелухина Н.П. Пектиновые вещества и методы их определения. Фрунзе, 1964. 132 с.
7. Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. М., 1991. 320 с.
8. Фенгел Д., Вегенер Г. Древесина (химия, ультраструктура, реакции) / пер. с англ. А.В. Оболенской, З.П. Ель-ницкой, под ред. А.А. Леоновича. М., 1988. 512 с.
9. ГОСТ 51483-99. Масла растительные и жиры животные. Определение методом газовой хроматографии массовой доли метиловых эфиров индивидуальных жирных кислот к их сумме. М., 2000. 8 с.
10. Горбачев В.В., Горбачева В.Н. Витамины, микро- и макроэлементы: справочник. Минск, 2002. 544 с.
11. Дудкин М.С., Щелкунов Л.Ф. Об использовании термина “пищевые волокна” и их классификация // Вопросы питания. 1997. №3. С. 42-43.
12. Скурихин И.М., Паносян И.И., Жилинскайте Д.Ю. Расчетный метод определения пищевых волокон в продуктах питания // Вопросы питания. 1995. №1. С. 20-23.
13. Черненко В.В. Метаболические эффекты пищевых волокон // Сучасна гастроентерологія. 2005. №1 (21). С. 59-64.
14. Байгарин Е.К. Содержание пищевых волокон в пищевых продуктах растительного происхождения // Вопросы питания. 2006. №3. С. 42-44.
15. Шабров А.В., Дадали В.А., Макаров В.Г. Биохимические основы действия микрокомпонентов пищи. М., 2003. 184 с.
16. Бахтин Ю.В., Будаева В.В., Верещагин А.Л., Егорова Е.Ю. и др. Эффективность использования кедрового масла в комплексном лечении больных с артериальной гипертонией // Вопросы питания. 2006. №1. С. 51-53.
17. Дудкин М.С., Черно Н.К., Казанская И.С., Вайнштейн С.Г., Масик А.М. Пищевые волокна. Киев, 1988. 152 с.
Поступило в редакцию 17 июля 2006 г.
