CC BY
16
УДК 577.112.083 DOI: 10.21323/2071-2499-2018-3-28-31 Ил. 5. Библ. 11.
сравнительная оценка различных методов извлечения жира из многокомпонентных мясных систем
Курзова А.А., Князева А.С., Вострикова Н.Л., канд. техн. наук ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова
Ключевые слова: жир, определение жира, экстракция, растворитель Реферат
В работе представлены исследования по изучению степени экстрагирования сырого жира из мясных систем различными методами. Жир извлекали, используя классический метод Сокслета, а также с использованием двухступенчатой экстракции. В качестве опытных образцов использовали специально приготовленные модельные системы, которые включали в себя как простую мясную смесь, так и многокомпонентную смесь в виде муки мясокостной, костной и мясорастительной. В данной работе приведен ряд экспериментов и предоставлены результаты по степени выделения жира с помощью различных органических растворителей и смесью органического растворителя с минеральной кислотой всех выше перечисленных мясных систем. Проведенные исследования позволили выбрать наилучший метод экстракции для каждой группы исследуемых продуктов.
new standards for test methods of meat products
Kurzova A.A., Knyazeva A.S., Vostrikova N.L.
Gorbatov Research Center for Food Systems Key words: fat, fat determination, extraction, solvent Summary
The paper presents studies on the degree of extraction of raw fat from meat systems by various methods. Fat was extracted using the classical Soxhlet method, as well as using a two-step extraction. Several meat systems were taken as samples, which included both a simple meat mixture and a multicomponent mixture mixture in the form of meat and bone meal and bone meal. In this paper, a number of experiments are presented and the results on the degree of fat release with the help of various organic solvents and a mixture of organic solvent with mineral acid of all the above-mentioned meat systems are presented. The conducted research allowed to choose the best extraction method for each group of meat and meat-containing raw materials.
Введение
Для установления количества липи-дов, содержащихся в пищевых продуктах, разработан ряд методов.
В целях технологического контроля за содержанием липидов в пищевых продуктах в ряде случаев применяют методы непосредственного определения содержания липидов в объектах: метод ядерного магнитного резонанса для определения содержания жира в семенах масличных культур; инфракрасную спектроскопию и турбодиме-трию для определения жира в молоке и т.д.
Липиды, однако, являются не только источниками энергии для организма, но и содержат ряд физиологически активных веществ (полиненасыщенные жирные кислоты, стерины, фос-фолипиды, жирорастворимые витамины). Определения лишь общего количественного содержания липидов в продуктах питания недостаточно для полной характеристики их пищевой ценности. Таким образом, при анализе липидного состава продуктов должен быть использован комплекс методов, обеспечивающий полное извлечение липидов из продуктов, определение их количества и возможность качественной и количественной характеристики отдельных компонентов.
Техника жидкостной экстракции используется, например, для определения содержания жира в различных объектах. Экстракция по Сокслету является одной из самых широко распространенных аналитических техник. За
последние годы она была значительно модернизирована, в частности, удалось увеличить температуру растворителя, вступающего в контакт с извлекаемым веществом, с целью уменьшить время экстракции. Модификации, представленные американским химиком Э. Рэн-даллом, являются одними из самых эффективных в этом отношении:
Метод Рэндалла состоит из двух этапов: на первом этапе образец в гильзе помещается в кипящий растворитель, а на втором промывается растворителем, капающем с конденсатора. Быстрое растворение компонентов образца происходит на первом этапе посредством кипящего растворителя, что очень значительно сокращает время, необходимое для всего анализа [1]. Методика Рэндалла также позволяет восстановить использованный растворитель в конце процедуры экстракции.
Экстракция по Сокслету - это процесс извлечения растворимых веществ из твердых материалов, который был разработан немецким агрохимиком Францем фон Сокслетом в 1879 году. Метод Сокслета - растворение извлекаемого соединения происходит с помощью холодного растворителя, капающего из конденсатора. Обычно полная экстракция длится часами.
На сегодняшний день процесс экстракции используется для определения содержания жира в пищевых продуктах и комбикормах.
В многокомпонентных мясных системах применяют несколько методов для определения сырого жира:
□ определение сырого жира по обезжиренному остатку в аппарате Сокслета экстракцией органическим растворителем;
□ определение сырого жира по массе извлеченного сырого жира после предварительного гидролиза. Большая часть липидов и глицери-
дов жирных кислот находятся внутри тканевых клеток организма и в некоторых его жидкостях. Гидролиз расщепляет матрицу, делая ее более доступной для дальнейшей экстракции органическими растворителями. Поэтому второй метод подходит для определения жира в продуктах, из которых он не может быть извлечен без предварительного гидродиза, а именно глютен, дрожжи, соя и белок картофеля, и термообработанные корма. Так же этим методом определяют сырой жир в кормах животного происхождения, включая молочные продукты, комбикорма, в которых не менее 20% содержания жира обеспечено вводом глютена, дрожжей и других компонентов [2].
При количественном определении сырого жира в пробе могут присутствовать белковые и другие вещества. Белки, обладая большой гидрофильно-стью, не растворимы в жирах. Наличие белков в сырых жирах в состоянии коллоидных растворов объясняется тем, что они образуют молекулярные соединения с фосфатидами и вместе с ними растворяются в жирах. Белки отделяют от жиров разложением минеральной кислотой HCl [3].
Рисунок 1. Химическая схема разложения пептидных связей белка
ОН О
11 x л 9
—NH—СН—С—N—СН—С—
полилепдид (белок)
о
+ 2iiH„0 —51
т
nNH-CH-CiT + rtNH,-СН-С^
2 т ^он 2 I он
ямикислати-1
МИ имокисл от г.-2
Кислотный гидролиз проводят в жестких условиях в присутствии соляной кислоты при нагревании. При таких условиях происходит полное разрушение тканей и распад высокомолекулярных веществ до простых. Белок под действием раствора минеральной кислоты HCl разрушает первичную структуру белка с образованием смеси аминокислот (рисунок 1) [4].
При кислотной обработке углеводы распадаются до простых сахаров. При этом происходит разрушение протеог-ликановых комплексов до глюкозы. Что позволяет легко избавиться от примсес-ных компонентов системы (рисунок 2).
Рисунок 2. Химическая схема разложения протеогликановых связей
(С6Н10О5)х -> «с.6н12о6
Соляная кислота оказывает слабое расщепляющее действие на жиры. Под действием кислотного гидролиза происходит высвобождение всех липидных компонентов, входящих в состав клеток, в том числе жирора-своримых пигментов (каротиноидов, хлорофилов), жирорастворимых компонентов (витаминов, кофакторов), гормонов [5, 6].
Выделившиеся жирорастворимые компоненты из клеток далее так же определяются с помощью отгонки эфиром в аппарате Сокслета.
Учитывая все вышеизложенное, представляется весьма актуальной задачей изучение разных методов экстракции при определении содержания жира методом Сокслета в многокомпонентных мясных системах.
Объекты и методы исследования
Методологическую основу для изучения и решения задач, определенных целью работы, составляли современные достижения и требования в области технологии переработки мяса и мясной продукции. Выработку модельных
образцов осуществляли по принципу многокомпонентности в равном соотношении мясного сырья: о модельная система № 1: говядина/
свинина жирная (М1); о модельная система № 2: говядина/ свинина жирная (термообработан-ная) (М2).
Наряду с изучением пищевого сырья представлялось интересным изучение так же кормов из-за их многокомпо-нентности и разнородности составов: о модельная система № 3: корм для непродуктивных животных мука мясокостная (М3); о модельная система № 4: корм для непродуктивных животных мука костная (М4); о модельная система № 5: корм для непродуктивных животных мука мясо-растительная (М5).
Определение массовой доли сырого жира методом Сокслета
Извлекают сырой жир из навески испытуемого вещества в аппарате Соксле-та, обеспечивающем непрерывность экстрагирования.
Техника определения
Навеску хорошо измельченного вещества берут в количестве от 3 до 10 г с погрешностью до 0,01 г в зависимости от предполагаемого содержания жира в продукте (для муки 10 г) и помещают в бумажный патрон, изготовленный из плотной фильтровальной бумаги. Диаметр патрона должен быть несколько меньше внутреннего диаметра экстрактора, а по высоте он должен размещаться чуть ниже верхнего изгиба сифонной трубки. На дно патрона перед помещением в него вещества кладут небольшое количество сухой обезжиренной ваты и после его взвешивания с веществом навеску прикрывают такой же ватой. Для того чтобы не допустить извлечения водорастворимых веществ водой, содержащейся в самом материале, рекоменду-
ется проводить высушивание патрона с навеской в вакуум-эксикаторе при комнатной температуре или в течение 3 ч при температуре 100-105°С в атмосфере инертного газа или в вакууме, чтобы исключить окисление жира. Сухую и чистую приемную колбу взвешивают с погрешностью до 0,0002 г, наливают в нее этиловый эфир (от 2/3 до 3/4 ее вместимости, с тем, чтобы количество эфира в 1,5-2 раза превышало рабочий объем экстрактора). Патрон с навеской помещают в экстрактор, собирают весь прибор, пускают в холодильник воду и подогревают колбу с эфиром на водяной бане или электрической песочной плите. Кипение должно быть равномерным, так, чтобы за 1 ч происходило 10-15 сливаний эфира. Пары кипящего эфира проходят по широкой трубке экстрактора в холодильник, конденсируются, и эфир стекает в патрон с навеской исследуемого продукта. Экстрактор постепенно наполняется эфиром, извлекающим жир из навески. Когда уровень эфира в экстракторе поднимется выше верхнего колена сифонной трубки, эфир с растворенным в нем жиром через сифон стечет в колбу. Вновь нагреваясь в колбе, эфир превращается в пар и поднимается в холодильник, а жир остается в колбе [7, 8]. Таким образом, одним и тем же небольшим количеством растворителя путем многократной экстракции можно перевести в приемную колбу весь жир, содержащийся в навеске.
Результаты исследований
Практически большинство методов определения липидов в пищевых продуктах можно разделить на три группы.
Методы первой группы основаны на извлечении липидов из определяемого продукта путем многократного экстрагирования растворителем до тех пор, пока остаточное содержание их в продукте не будет представлять ничтожно малую величину. Затем из полученной вытяжки отгоняют растворитель, а остаток, содержащий липиды, высушивают и взвешивают (весовой метод определения жира). Эту операцию обычно проводят в специальных аппаратах для экстракции - аппаратах Сокслета, дающих возможность одной и той же порцией эфира многократно производить извлечение жира. Для экстракции используют неполярные растворители: диэтиловый эфир, гексан, петролейный эфир.
Рисунок 3. Диаграмма по степени извлечения жира из модельных мясных систем при помощи разных растворителей
100 98 96 94 92 90
86 84 82 80
94,5
96,7
т
95,6
97
95 97 96
95,4
93,9
92,5
□ диэтиловый эфир
□ петролейный эфир
□ гесан
91,3 91,2
90,3
м1
м2
м3
м4
м5
На рисунке 3 представлена степень извлечения жира из модельных мясных систем при помощи разных растворителей.
В результате проведения экстракции жира различными органическими растворителями из отобранных модельных систем разного состава получаем следующие результаты: наименьшую степень извлечения жира по сравнению с двумя другими растворителями показал диэтиловый эфир, примерно на 2 % ниже.
Петролейный эфир показал наилучший результат по степени извлечения жира почти из всех модельных систем, кроме системы М3. Жир из мясокостной муки (М3) лучше извлек гексан.
Разнообразная природа пищевых продуктов, обусловливающая различную прочность связи липидов с другими частями продукта, оказывает влияние на эффективность экстракции. Так, в модельных системах М3-М5 содержание клетчатки значительно выше, чем в системах М1и М2, предположительно данный факт оказывает не маловажное влияние на степень извлечения жира [9], как фактор, препятствующий наибольшей экстакции.
Методы второй группы основаны на использовании для экстракции смеси полярного и неполярного растворителей. При этом полярный растворитель (обычно метанол или этанол) разрывает связь липидов с белками и другими компонентами пищевых продуктов, а неполярный (хлороформ, бензол, петролейный эфир) непосредственно растворяет липиды. Наибольшее применение получили смеси: хлороформ-метанол (2:1) и хлороформ-этанол (2:1). Однако в отличие от методов первой группы такие бинарные смеси
извлекают дополнительно значительное количество нелипидов (до 25 % суммы экстрагируем ых веществ). Поэтому во многих случаях появляется необходимо6ть удаления этих веществ путем перерастворения в хлороформе или промывки 1 % раствором NaCl или KCl.
Так, на рисунке 4 представлена степень извлечения жира из модельных
мясных систем при помощи смеси растворителей.
По результатам проведенного эксперимента выявлено, что экстракция жира смесью хлороформ/метанол выше для простых мясных систем, чем для многокомпонентных, таких как мясокостная, костная и мясорастительная мука. Для выделения сырого жира из таких мясных систем, как М3, М4 и М5 больше подходит смесь хлороформ/этанол. По-видимому, многокомпонентность и вторичная тепловая обработка (при производстве муки) также оказывают влияние на степень извлечения жира, как и высокое содержание клетчатки. При этом считается [10], что общее содержание жира в образце не сильно влияет на степень его извлечения.
Методы третьей группы предусматривают извлечение липидов из пищевых продуктов после кислотного или щелочного гидролиза. Для этого пищевой продукт гидролизуют водным или спиртовым раствором щелочи при нагревании. После щелочного гидролиза полученные мыла разлагают раствором кислоты, а выделившиеся
Рисунок 5. Диаграмма по степени извлечения жира из модельных мясных систем при помощи двухступенчатого извлечения
100
98
96
94
892
96,7 97
96,7 95,8
96,795,6 97 96
PjN^i!
м1 м2 м3
97
96,2
г 92,3 91,3 рНЩф ш : j л
1 ■ - к 1,290,3
та Ч шм •?
м4 м5
жирные кислоты извлекаются эфиром (петролейным, диэтиловым) и освобождаются от примесей фильтрованием. После отгона эфира определяют вес жирных кислот, который пересчитывают на жир.
Данные анализа содержания жира в модельных системах при использовании методов третьей группы представлены на рисунке 5.
Первую ступень гидролиза проводили с использованием 3Н HCl в течение 25 мин, и дальнейшее извлечение жира проводили петролейным эфиром на протяжении 6 часов. Таким образом, полученные результаты показывают увеличение степени извлечения жира из модельных систем М3-М5, что особенно актуально для получения достоверных сведений о сбалансированности кормов для непродуктивных животных.
При этом стоит так же отметить, что указанным методом выделить липиды в нативном состоянии теоретически невозможно. Поэтому об их содержании в пищевых продуктах судят по количеству жирных кислот и неомыляемых веществ, выделяемых из гидролизата. К этой группе методов относится кислотный метод определения жира с помощью жиромера в молоке, молочных продуктах и консервах [11]. Жир выделяют действием концентрированной серной кислоты при нагревании. Смесь центрифугируют. При этом жир переходит в фазу добавляемого изоамилового спирта. Объем выделившегося жира измеряют в градуировочной части жиромера.
Выводы
Определение содержания жиров в сырье для производства пищевых продуктов, а также определение жирности пищевых продуктов, сырого жира в кормах является актуальнейшей аналитической задачей для контрольных лабораторий на производстве и лабораторий контролирующих органов. Все возрастающие требования к качеству и безопасности пищевых продуктов, а также неудовлетворенность в эффективности, воспроизводимости и в производительности традиционных устаревших методик выделения жира подталкивают современные пищевые лаборатории к поиску современных методов выделения и анализа жиров.
В результате данной работы были проведены исследования по изучению разных методов экстракции при опре-
делении содержания жира методом Сокслета в многокомпонентных мясных системах и кормах для непродуктивных животных.
Методы первой группы не рекомендуются для исследования продуктов богатых фосфолипидами, прочносвя-занными в клетках (некоторые виды рыб), но пригодны для продуктов с преобладающим содержанием триглице-ридов.
Методы второй группы практически во всех случаях позволяют получить надежные стабильные результаты для мясных продуктов, однако использование их для определения кормовой продукции нецелесообразно за счет низкой степени извлечения жира. Стоит отметить, что они относительно трудоемки и не всегда пригодны для массовых анализов.
1. Выберите свой метод экстракции для анализа жира. Электронный ресурс. - Режим доступа: Шире:// шш«1.ЬисЫ.сот/ги-ги/сог^еп1:/выберите-свой-ме-тод-экстракции-для-анализа-жира] (дата обращения 11.04.2018).
Применение методов третьей группы хотя и не приводит к извлечению натуральных липидов, в большинстве случаев позволяет получать результаты, близко совпадающие с результатами, получаемыми методами второй группы, относительно мясной продукции. Для кормовой продукции они показали более выгодное применение из-за высокой степени извлечения жира. Их большое преимущество - в возможности проведения массовых анализов.
© контакты:
Курзова Анастасия Александровна а a.kurzova@fncps.ru Князева Александра Сергеевна а a.knyazeva@fncps.ru Вострикова Наталья Леонидовна а n.vostrikova@fncps.ru
Vyberite svoj metod jekstrakcii dlja analiza zhira [Select your extraction method for fat analysis]. Elektronnyy resurs. — Rezhim dostupa: [https://www.buchi.com/ru-ru/content/ vyberite-svoj-metod-jekstrakcii-dlja-analiza-zhira] (Data obrashcheniya 11.04.2018).
7. Lisitsyn A.B. Methodology for quantitative evalutation of food adequacy of meat raw materials and finished products / A.B. Lisitsyn, N.N. Lipatov, A.I. Kosyrev, A.V. Zabello // Congr. proceedings 43-rd ICOMST, 1997. 27 July — 1 Aug 1997. Auckland. New Zealand. — P. 500-501.
8. Mullen, A.M. Predicting the eating quality of meat // Agriculture and food Development Authority. — 2000. — № 12. — P. 3-18.
9. Van Meer, G., Voelker, D.R., Feigenson, G.W. (2008). Membrane lipids: where they are and how they behave. Nature Reviews // Molecular Cell Biology. — 9 (2). — P. 24-112.
10. Яновая, С.М. Химия жиров / С.М. Яновая. — М.: JAnovaja, S.M. Himija zhirov [Chemistry of Fat] / НОРМА, 2002. — 240 с. S.M. JAnovaja. — M: NORMA, 2002. — 240 p.
11. ГОСТ ISO 14156-2015 «Молоко и молочная продукция. GOST ISO 14156-2015«Moloko i molochnaja produkcija. Методы экстракции липидов и жирорастворимых Metody jekstrakcii lipidov i zhirorastvorimyh soedinenij». — соединений». — М.: Стандартинформ, 2017. — 11 с. M.: Standartinform, 2017. — 11 p.
2. Киселев, Л.Ю. Основы технологии производства Kiselev, L.Ju. Osnovy tehnologii proizvodstva i pervichnoj и первичной обработки продукции животновод- obrabotki produkcii zhivotnovodstva [Basics of the tech-ства / Л.Ю. Киселев, Ю.И. Забудский, А.П. Голикова, nology of production and primary processing of livestock Н.А. Федосеева, И.С. Селифанов, Н.Н. Новикова, products] / L.Ju. Kiselev, JU.I. Zabudskij, A.P. Golikova, М.С. Мышкина. — «Лань», 2012. — 448 с. N.A. Fedoseeva, I.S. Selifanov, N.N. Novikova, M.S. Myshki-
na. — «Lan'», 2012. — 448 p.
3. Кузнецов, А.Ф. Современные производственные Kuznecov, A.F. Sovremennye proizvodstvennye tehnologii
технологии содержания сельскохозяйственных soderzhanija sel'skohozjajstvennyh zhivotnyh [Modern pro-
животных / А.Ф. Кузнецов, Н.А. Михайлов, П.С. Кар- duction technologies for keeping farm animals] / A.F. Kuzne-
цев. — «Лань», 2013. — 456 с. cov, N.A. Mihajlov, P.S. Karcev. — «Lan'», 2013. — 456 p.
4. Иванкин, А.Н. Гидролиз как естественный методоло- Ivankin, A.N. Gidroliz kak estestvennyj metodologicheskij гический процесс оценки состояния мясного сырья process ocenki sostojanija mjasnogo syr'ja [Hydrolysis as / А.Н. Иванкин, Н.Л. Вострикова, Н.А. Горбунова // a natural methodological process for assessing the state Сб. материалов 14-й Междунар. научн. конф. «Пер- of meat raw materials] / A.N. Ivankin, N.L. Vostrikova, спективные направления исследований в области N.A. Gorbunova // Sb. materialov 14-j Mezhdunar. nauchn. переработки мясного сырья и создания конкуренто- konf. «Perspektivnye napravlenija issledovanij v oblasti per-способных продуктов питания» памяти В.М. Горба- erabotki mjasnogo syr'ja i sozdanija konkurentosposobnyh това. — М.: ГНУ ВНИИМП, 2011. — С. 86-89. produktov pitanija» pamjati V.M. Gorbatova. — M.: GNU
VNIIMP, 2011. — P. 86-89.
5. Лисицын, А.Б. Методы практической биотехнологии. Lisitsyn, A.B. Metody prakticheskoj biotehnologii. Analiz Анализ компонентов и микропримесей в мясных komponentov i mikroprimesej v mjasnyh i drugih pishhevyh и других пищевых продуктах / А.Б. Лисицын, produktah [Methods of practical biotechnology. Analysis А.Н. Иванкин, А.Д. Неклюдов. — М.: ВНИИ мясной of components and microimpurities in meat and other food промышленности, 2002. — 408 с. products] / A.B. Lisicyn, A.N. Ivankin, A.D. Nekljudov. — M.:
VNII mjasnoj promyshlennosti, 2002. — 408 p.
6. Неклюдов, А.Д. Коллаген: получение, свойства Nekljudov, A.D. Kollagen: poluchenie, svojstva i primenenie: и применение: монография / А.Д. Неклюдов, monografija [Collagen: production, properties and applica-А.Н. Иванкин. — М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2007. — 336 с. tion: monograph] / A.D. Nekljudov, A.N. Ivankin. — M.: GOU
VPO MGUL, 2007. — 336 p.
список ЛИТЕРАТУРЫ: REFERENCES:
