Химический состав масличных семян и плодов

Химический состав масличных семян и плодов даже одной и той же масличной культуры колеблется в зависимости от сорта, степени зрелости к моменту уборки, района возделывания, состава почвы и удобрений, климатических и погодных условий. Поэтому, характеризуя масличные семена или плоды по химическому составу, а также до другим свойствам, обычно указывает средние значения величин или приводят пределы их колебаний.

Отличительной особенностью масличных растений является способность накапливать в семенах при созревании большое количество запасных липидов, которые для большинства масличных растений представлены жирными маслами — триацилглицеролами. По химическому строению триацилглицеролы — это сложные эфиры спирта глицерола и жирных кислот.

В период созревания в клетках семян происходит синтез жирных кислот из соединений, образующихся в результате фотосинтеза в зеленых листьях и поступающих из почвы через корневую систему. В результате сложных биохимических процессов в созревающих семенах низкомолекулярные соединения, содержащие два и три атома, углерода, превращаются в жирные кислоты, содержащие 16, 18 и более атомов углерода.

Подавляющая часть жирных кислот, входящих в состав растительных масел, вырабатываемых промышленностью, представляет собой прямоцепочные соединения. По химическому строению они являются производными углеводородов, у которых один из атомов водорода замещен карбоксильной группой:

Карбоксильная группа у всех жирных кислот одинаковая, а остатки R (радикалы) отличаются количеством входящих в них атомов углерода и степенью ненасыщенности. Если на каждый атом углерода (С) в радикале приходится по два атома водорода (Н), жирная кислота является насыщенной, если меньше — ненасыщенной (непредельной).

Обозначив буквой п число атомов углерода, можно получить общую формулу насыщенных кислот С_nН_2n О₂ и ненасыщенных: при одной двойной связи С_nН_2n-2О₂, при двух С_nН_2n-4О₂, при трех С_nН_2n-6О₂

В ходе созревания в зависимости от внешних условии развития масличного растения (температуры и влажности воздуха и почвы, состава удобрений) состав синтезируемых растением жирных кислот изменяется по степени насыщенности: в северных районах и районах высокой влажности растения накапливают преимущественно ненасыщенные кислоты, в южных и засушливых — насыщенные.

В растительных маслах, вырабатываемых в нашей стране, содержатся жирные кислоты, имеющие четное число атомов углерода. У многих масел подавляющая часть жирных кислот содержит 18 атомов углерода. В свою очередь, жирные кислоты с 18 атомами углерода у большинства растений преимущественно ненасыщенные — это олеиновая кислота с одной двойной связью (С_18:1) и линолевая — с двумя двойными связями (С_18:2). Кислоты с тремя двойными связями (С_18:3) — линоленовая и особенно ее изомер элеостеариновая — встречаются реже.

В сравнительно небольших количествах почти во всех растительных маслах встречаются насыщенные кислоты С_18:0 (стеариновая), а также насыщенная кислота с 16 атомами углерода С_16:0 (пальмитиновая), которая в биосинтезе жирных кислот играет роль обязательного промежуточного продукта.

Образование триацилглицеролов из глицерола и жирных кислот можно представить на следующей схеме (здесь R₁, R₂ и R₃ —остатки жирных кислот).

Жирные масла представляют собой сложную смесь триацилглицеролов — основного по количественному содержанию компонента масел.

В природных растительных маслах триацилглицеролы составляют 80-95 % их массы. Содержание промежуточных продуктов синтеза триацилглицеролов — моно- и диацилглицеролов, а также свободных жирных кислот в маслах, полученных из зрелых, не подвергавшихся порче семян, невелико. Чаще всего в триацилглицеролах с глицеролом связаны разные по числу атомов углерода и степени насыщенности жирные кислоты, хотя известны растительные масла, преимущественно состоящие из однокислотных триацилглицеролов.

В состав масел и жиров, получаемых масло-жировой промышленностью, кроме их основного компонента — триацилглицеролов, входит сложная по составу группа органических веществ, способных растворяться в них и извлекаемых из масличных семян вместе с ними. И триацилглицеролы, и растворимые в них органические вещества в сумме называются липидами.

В зависимости от характера их взаимодействия со щелочами липиды подразделяют на две группы: омыляемые липиды, которые при взаимодействии со щелочами гидролизуются, отщепляя жирные кислоты и образуя соли высокомолекулярных жирных кислот — мыла, и неомыляемые липиды, которые не содержат жирнокислотных остатков, соединенных сложноэфирной связью, и поэтому при контакте со щелочами не гидролизуются с образованием мыл.

В группу омыляемых липидов входят простые липиды, построенные только из остатков жирных кислот и спиртов. Это триацилглицеролы, воски и диольные липиды (эфиры диолов). Они отличаются друг от друга строением спиртового остатка, который соединен сложноэфирной связью с жирными кислотами: у триацилглицеролов спирт трехатомный, у диольных липидов — двухатомный, у восков — одно- или двухатомный.

Сложные липиды состоят из сложных эфиров жирных кислот и спиртов с замещенными группами. Наиболее важными представителями сложных липидов являются фосфолипиды и гликолипиды. Особенностью фосфолипидов, отличающей их от триацилглицеролов, является наличие в их молекуле вместо остатка жирной кислоты фосфорной кислоты с замещающей группой:

Если замещающая группа представлена остатком аминоспирта холина - ОСН₂ CH₂ N⁺ (СН₃ ) з, фосфолипид называют фосфатидилхолином, если остатком этаноламина — ОСН₂ — CH₂NH₂ — фосфатидилэтаноламином и др. Молекулы фосфолипидов являются полярными, они несут электрические заряды и способны образовывать водородные связи с молекулами воды.

Фосфолипиды извлекаются из семян вместе с триацилглицеролами. Затем их отделяют от других липидов в масле и получают в виде самостоятельного продукта — фосфатидного концентрата. Фосфатидные концентраты используют в пищевой и комбикормовой промышленности. Если же фосфолипиды оставить в масле, то они через некоторое время выпадут в осадок, который ухудшит товарный вид масла и ускорит его порчу при хранении. Присутствие фосфолипидов в масле нежелательно еще и потому, что из-за повышенной химической активности они осложняют технологические процессы переработки масел, в первую очередь гидрогенизацию, отравляя катализаторы.

Другая группа сложных липидов — гликолипиды не содержат остатков фосфорной кислоты и не несут электрических зарядов, но их молекулы являются полярными:

В состав их молекулы входит остаток галактозы, которая способна образовывать большое число водородных связей. Аналогично фосфолипидам гликолипиды необходимо отделять от масла, хотя содержание Их в масле меньше и растворяются в масле они лучше и не образуют осадков при хранении масел.

Кроме триацилглицеролов (запасных липидов) и сложных липидов (фосфолипидов и гликолипидов), в семенах синтезируются неомыляемые липиды. В группу неомыляемых липидов входят углеводороды — стероиды, жирорастворимые пигменты, витамины и провитамины, построенные из изопреновых остаткоц. Из пигментов растительных масел наиболее известны каротиноиды, хлорофилл и госсипол, из витаминов — токофег ролы и витамин К.

Провитаминные свойства имеют каротиноиды и стероиды, способные образовывать в организме животных и человека витамины соответственно А и D. Практически все известнее в промышленности способы обезжиривания семян при получении растительных масел сопровождаются извлечением вместе с триацилглицеролами некоторого количества сложных и неомыляемых липидов.

Характерной особенностью всех липидов масличных семян является способность хорошо растворяться в органических растворителях, таких, как гексан, бензин, этиловый спирт, ацетон, этиловый и петролейний эфиры. На этом основано лабораторное и промышленное извлечение липидов из масличных семян методом экстракции. Состав извлекаемых из семян масел непостоянен прежде всего из-за неодинаковой растворимости различных груші липидов в применяемых растворителях, а также из-за разной степени связанности их с нелипидной частью семян — белками и углеводами. Степень связанности липидов очень сильно зависит от качества семян и подготовки их к обезжириванию.

По мере усиления внешнего воздействия на обезжириваемый материал (путем повышения давления прессования, температуры растворителя, длительности извлечения, степени измельчения материала) липидный состав долучаемого масла меняется, потому что из семян, кроме легко извлекаемых запасных липидов — триацилглицеролов, в большей или меньшей степени извлекаются структурные липиды — фосфолипиды и гликолипиды, неомыляемые липиды.

К структурным липидам покровных тканей семян принадлежат также воски. Присутствие восков неблагоприятно сказывается на качестве растительных масел, вырабатываемых масло-жировой промышленностью: в масле появляется тонкая взвесь кристаллов восков — ’’сетка”, которую из готовых масел необходимо удалять, хотя сами по себе растительные воски представляют большую ценность.

Многие вещества группы неомыляемых липидов повышают пищевое достоинство масла. Они обусловливают специфический цвет, вкус и запах растительных масел, стойкость при хранении и другие свойства.

Как уже отмечалось, количество и состав структурных липидов в промышленных растительных маслах зависят от условий их извлечения из семян, поэтому готовые масла могут существенно различаться по количеству структурных липидов в зависимости от технологических параметров переработки семян, исходного качества семян, вида растворителя при экстракции и др.

В семенах масличных растений кроме липидов содержится много белковых веществ, которые после извлечения масла из семян остаются в обезжиренном остатке — шроте. Белковый комплекс семян и продуктов их переработки может быть охарактеризован соотношением белков, растворимых в воде, 10 %-ном водном растворе поваренной соли, 0,2 %-ном водном растворе щелочи.

Применяя последовательную обработку обезжиренных масличных семян указанными растворителями, можно определить содержание альбуминов (белки, растворимые в воде) , глобулинов (белки, растворимые в 10 %-ном водном растворе поваренной соли), глютелинов (белки, растворимые в 0,2 %-ном растворе щелочи) и нерастворимых белков.

Белки неповрежденных масличных семян на 80—90 % состоят из глобулинов. Под воздействием различных факторов, действующих на семена при послеуборочной обработке, хранении и извлечении масел, белки могут полностью или частично терять способность растворяться в указанных растворителях, т. е. денатурировать.

При денатурации белковых веществ изменяется не только их растворимость (растет относительное количество труднорастворимых белков), но и физико-механические свойства — упругость, жесткость, пластичность, а также меняются усвояемость, пищевые и кормовые достоинства и химические свойства.

Наибольшее значение в производстве растительных масел имеет тепловая денатурация белков, с помощью которой обезжириваемому материалу придают необходимую структуру и физико-механические свойства, хотя возможна некоторая денатурация белков при механических воздействиях на семена и продукты их переработки, а также при действии органических растворителей.

Вещества углеводной природы в семенах представлены преимущественно в виде целлюлозы и гемицеллюлоз, образующих стенки клеток тканей семян. Механическая прочность и химические свойства тканей семян обусловлены прежде всего присутствием веществ этой группы.

В масличных семенах содержится почти в два раза больше золы, чем в семенах немасличных растений. Минеральные элементы, окислы которых преимущественно образуют золу, входят в состав биологически активных веществ зародыша и эндосперма семян и в продуктах переработки концентрируются в шроте, повышая его кормовую ценность.

Весь этот сложный комплекс химических компонентов, составляющих масличные плоды и семена, подвергается глубоким изменениям в ходе технологической переработки.