|
Липиды представляют наиболее
значительную и ценную часть какао бобов (более 50%). Однако обширные
исследования липидов какао бобов посвящены преимущественно только собственно
липидам (жирам) и недостаточно учитывают присутствие и роль других веществ,
относящихся к классу липидов (фосфолипиды, стероиды, гли- колипиды, липопротеиды,
воски, каротиноиды и др.). При наличии у большинства соединений, входящих в
класс липидов, таких общих свойств, как гидрофобность и нерастворимость в
воде, они различаются по химическому составу, физико-химическим и
технологическим свойствам.
Как известно, жиры представляют собой сложные эфиры
глицерина и различных жирных кислот. В отличие от них фосфолипиды содержат в
молекуле эфира фосфорную кислоту и остаток холин или этанол амин.
В липопротеидах липиды входят в состав комплексных
соединений с белками, в гликолипидах моно- и диглицериды соединены с
остатками моносахаров. Гликоли пи ды наряду с фосфолипидами, по-видимому,
входят в состав мембранных структур, образуя конституционный жир. Можно также
полагать, что в процессе переработки какао бобов и выделения жира происходит
взаимодействие липидов с белковыми веществами, что влияет на выход масла и
его состав.
Как известно, каждый жир при любом способе его извлечения
состоит из триглицеридов и некоторого количества нежировых веществ fl7j . В
зависимости от способа выделения их соотношение и суммарное количество,
безусловно, меняются. Однако информация по липидам какао ограничена.
Отсутствуют необходимые физико-химические характеристики жира, извлекаемого в
шоколадном производстве различными способами. В ряде стран мира независимо от
способа извлечения жир (прессовый, экстракционный) носит название какао
масла. Выделенное масло может
быть подвергнуто последующей обработке (фильтрация без
применения адсорбентов или очистка центрифугированием, дезодорация очищенного
жира водяным паром под вакуумом, нейтрализация и отбеливание -
рафинирование).
В ФРГ, например, какао маслом называют нерафинированный
жир, извлекаемый только прессованием из какао тертого или какао крупки.
В связи с дефицитом какао бобов на мировом рынке и
высокими ценами на какао масло все большее распространение в промышлен - ных
масштабах находят экстракционный способ извлечения жира с последующей его
очисткой и дезодорацией, а также прессование на шнековых прессах. Оба способа
позволяют более полно извлечь жир из какао сырья по сравнению со способом
прессования на гидравлических прессах. Затруднения с какао маслом являются
причиной его фальсификации.
Все это явилось причиной проведения в последние годы
широких исследований химических и физических свойств какао масла, полученного
различными способами с использованием современных методов физико-химического
анализа, а также оценка качества какао бобов по содержанию жира [б 7, 71}.
Последний является показателем, определяющим выход какао масла при различных
способах его выделения.
В наших исследованиях преследовалась цель оценить
различные товарные наименования какао бобов по содержанию липидов, выявить
способность липидов к выделению из структуры бобов, установить глицериновый
состав, некоторые физические и химические свойства липидов и влияние на эти
свойства способов выделения.
Для оценки качества какао бобов по содержанию липидов мы
исходили из современных представлений о лип идах различных форм связанности и
использовали различные методы выделения и определения липидов с внесением
уточнений, вызванных спецификой исследуемого объекта.
Методы выделения и определения. Определение липидов (жира)
в какао бобах для оценки их качества не предусмотрено междуна - родным
индексом.
В ГОСТе на кондитерские изделия отсутствуют методы,
рекомендуемые для определения жира в какао бобах. На отечественных
предприятиях весь учет ведется на основании анализа какао тертого методами,
общепринятыми для анализа многих пищевых продуктов, в том числе кондитерских
изделий [ 24] .
Знакомство с литературой, посвященной исследованию липидов
пищевого сырья и их количественному определению, показывает, что большое
значение при определении липидов играют специфические особенности каждого
индивидуального вида сырья. Отсутствие в мировой практике единого метода
количественного определения липидов вызывает необходимость внесения уточнения
в известные методы и разработки новых методов f4, 6, 18, 21,40, 66,67, 7lJ .
Ряд международных организаций занимается вопросами
разработки официального метода определения жира в какаопродуктах.
Классический метод определения жира в пищевых продуктах,
основанный на экстракции растворителем в аппарате Соксле или другого типа,
требует много времени и дает неточный результат. Более полное извлечение дает
кислотно-гидролизный метод, но он довольно длителен.
Трудность выделения липидов, как нам представляется,
связана с наличием в части клеток липидных вакуолей, окружённых мембранами, в
состав которых входят липопротеиды, гликолипиды, фосфолиниды в комплексе в водой.
Аналогичную структуру имеют мембраны клеточные и других клеточных органелл.
Наличие мембран вокруг липидных вакуолей препятствует выделению жира. Чтобы
выделить его, необходимо нарушить целостность или повысить проницаемость
мембраны. Кроме того, под влиянием различных факторов возможно высвобождение
липидов мембран. Влияние отдельных факторов связано с характером структуры
мембраны. В зависимости -от ее особенностей и метода выделения липидов
количество определяемых липидов, которые принято условно классифицировать как
свободные, связанные и прочносвязанные, сильно варьирует.
В литературе мы не встречали работ, посвященных
исследованию различных
Групп липидов в какао бобах.
Содержание липидов определяют методами экстракционным,
рефрактометрическим, Пламета, основанным на принципе изменения плотности
растворителя после растворения жира.
При изучении глицеринового состава липидов какао бобов и
масла из них используют методы тонкослойной и газовой хроматогра - фии.
В последние годы ведутся совместные исследования
стран-членов СЭВ по разработке метода определения жира в какао бобах.
Научная ассоциация британской пищевой промышленности
проводит исследования возможности применения ядерно-магнитного резонанса
(ЯМР) для определения жира в шоколаде [66]. По-видимому, этот метод можно
считать перспективным, но потребуется не только его разработка применительно
к каждому продукту, но и оснащение лабораторий соответствующей дорогостоящей
аппаратурой. Для некоторых видов семян применение ЯМР дало положительные результаты
[6, бб].
В работе мы использовали различные методы определения
содержания липидов в какао бобах: экстракционные, с использованием неполярных
растворителей и смеси неполярного растворителя с полярным,
рефрактометрической и рентгенофазовый.
При экстрагировании применяли аппарат Соксле и приемы,
общепринятые в лабораторной практике. Работа проводилась совместно с
аспирантом В.А* Разеевой. Были использованы различные ор ганические
растворители жиров (четыреххлористый углерод, гексан, хлороформ) и применена
кислотная обработка навески перед экстракцией, рекомендованная в методах
определения жира в какао тертом. .
Из экстракционных методов применен способ Фолча в модифика
- ции Д.И. Кузнецова и Н.Л. Гришиной, предусматривающий использование смеси
двух растворителей [18].
Определение жира рефрактометрическим методом проводилось в
сравнении с экстракционным методом из предварительно подготов - ленных
различными методами навесок.
Содержание липидов свободных, связанных и прочносвязанных
определяли с помощью Методов ВНИИЖа [54].
Поскольку какао масло находит - ся в клетках семядолей
какао бобов, полнота его извлечения зависит от степени разрушения клеточной
структуры не только в процессе ферментации и сушки на плантациях под
действием спирта, уксусной кислоты и тепла, вызывающих лизис клеток, но и
вследствие диспергирования, обработки соляной кислотой, В результате
воздействия последней происходит гидролиз ряда органических соединений,
препятствующих выделению жира. При такой обработке, можно полагать,
разрушаются мембранные структуры при условии, если создается непосредственный
контакт мембраны с кислотой.
Сравнительное экстрагирование липидов ядра какао бобов,
диспергированного до порошкообразного состояния и после соответствующей обработки
соляной кислотой, показало существенное разли - чие в количествах выделяемого
при этом жира и в скорости выделения.
Исследования показали, что на результаты количественного
анализа липидов в какао бобах влияют следующие факторы: J метод
выделения (рефрактометрический, экстракционный);
вид растворителя. Наиболее полное извлечение обеспечивает
че- тыреххлористый углерод;
предварительная подготовка образца: тонкое измельчение,
обработка навески НС£ с целью разрушения гелевой фазы.
Липиды, выделяемые из какао бобов и определяемые рефракто
- метрическим методом, мы рассматриваем как свободные. Полнота их выделения
зависит лишь от степени механического разрушения клеточных оболочек при
подготовке образца и возможности контакта их с растворителем ( -монобромнафталин).
Полное выделение свободных липидов из клеток затруднено, в
особенности из средней плотной части какао бобов, наиболее трудно
диспергируемой. Получение однородно измельченной навески является
обязательным условием полного извлечения свободных липидов. Оно лучше
выполняется при измельчении навески не в фарфоровой, как это принято в
руководствах, ступке, а в агатовой или яшмовой.
Препятствием для выделения свободных липидов из клеток
являются мембраны липидных вакуолей. Липиды, находящиеся в непрерывной фазе,
легко переходят в растворитель.
Высокая дисперсность опытного образца, обеспечивающая
нарушение целостности кгэток. (размер клеток 10-20 мкм), может обеспечить
высокую скорость извлечения липидов в аппарате Соксле. Однако практически
достигаемая в лабораторных условиях дисперс - ность такова, что длительность
исчерпывающей экстракции составляет 3 сут и более. Обработка навески соляной
кислотой, разрушая гецрвую фазу, ускоряет извлечение липидов. Количество
липидов, выделяемых в течение 4-часовой экстракции, выше или приближается к
количеству свободных липидов, выделяемых при исчерпывающей экстракции с тем
же растворителем или рефрактометрическим методом с подготовкой навески в
агатовой ступке.
Разрыв показаний рефрактометрического метода в сравнении с
экстракционным методом Сокращается при подготовке навески в агатовой ступке,
но в отдельных образцах остается значительным (в образцах бобов Гана 3,93%,
бобов Нигерия - 1,09%). Это позволяет утверждать, что в какао бобах находятся
кроме свободных липидов, составляющих основную часть суммарного содержания,
липиды связанные и прочносвязанные, которые не могут быть высвобождены путем
обычной механической обработки. Взаимодействие липидов с другими
органическими соединениями показано на модельных опытах.
К тонкоизмельченному ядру сырых какао бобов добавляли
различные дозы какао масла и в полученных пробах определяли липиды
рефрактометрическим методом. Результаты сравнивали с расчетные содержанием (
10).
Способность какао бобов к выделению липидов мы выразили
отношением содержания липидов, полученного рефрактометрическим (А) и
экстракционным методами (В), т.е. отношением свободных липидов к сумме
липидов свободных и связанных.
Способность к выделению липидов, как показывают
приведенные данные, не зависит от вида бобов и различается в партиях в
пределах одного товарного наименования. Мы полагаем, что данный показатель
применительно к бобам одинаковой зрелости характери - зует степень
ферментации, степень отмирания клеток ткани, влияющей на хрупкость семядолей,
целостность и проницаемость клеточ - ных оболочек и мембранных структур и
количество липидов, находящихся в связанном с белками и углеводами состоянии.
Это достаточно хорошо согласуется с выводами, сделанными
Н.М.Сисакян и Б.П. Смирновым в отношении изменения соотноше - ния свободных и
связанных липидов по мере старения растительныхорганов и организмов Они
показали, что в процессе старения существенно повышается содержание свободных
липидов и снижает - ся количество связанных. Возрастные изменения организма
сказы - ваются прежде всего на характере этой связи.
Отсутствие заметного влияния сортовых особенностей на
соотношение липидов различных форм связанности в зерне риса отмечено В.Г.
Щербаковым, Е.К. Давиденко и Г.Н. Прудниковым.
В работе кроме экстракционного и рефрактометрического
методов применен модифицированный Д.И. Кузнецовым и Н.Л. Гришиной
экспресс-метод извлечения жира экстракцией смесью полярного и неполярного
растворителей в фильтрующей делительной воронке. Мы преследовали цель
подобрать условия экстракции липйдов какао бобов смесью растворителей
хлороформ-этанол, которые бы обеспечивали, с одной стороны, более полное
выделение липидов по сравнению с рефрактометрическим методом, а с другой
стороны - более быстрое их выделение по сравнению с экстракционными в
аппарате Соксле. Этот эффект должно было обеспечить прирутствие в смеси
полярного растворителя этанола, так как полярные растворителе обладают
способностью разрушать гликопротеинолипидные комплексы, а следовательно, и
мембранные структуры.
По данным, полученным для многих масличных семян, таких,
как подсолнечник, соя, арахис, кунжут, практически полное выделение липидов
достигается 3-5-минутной экстракцией.
Экстракция липидов из какао бобов велась более
продолжитель - ное время - 20-24 мин. За 4 мин извлекалось около t 44% жира.
Очистку сырого жира проводили гексаном. Для сравнения определяли содержание
липидов в бобах экстракционным методом в аппарате Соксле, также используя
гексан в качестве растворителя.
кривые кинетики экстракции липидов и не- липидной части из
какао бобов. За 20 мин извлекается 84-06% липидов от количества, выделяемого
экстракцией гексаном в течение 4-5 ч из навески, обработанной HCi£.
Одновременно с лип идами переходит значительное количество нелипидной фракции
(сахара, белки, аминокислоты).
Экспресс-метод позволил получить лийиды в мягких условиях
экстракции (без нагрева), обеспечивающих наилучшее сохранение нативных
свойств липидов и возможность исследования их физических и химических свойств
и состава.
Применение данного метода в нашей работе показало, что
вполне возможно, используя полярные растворители, не только добиться полного
выделения жира из какао бобов увеличением объема дисперсионной среды, но и
высвободить из комплексных соединений углеводы, белковые соединения и тем
самым повысить потенциальные возможности образования ароматических веществ в
условиях термической обработки продуктов.
Это было проверено и экспериментально доказано в
последующих разделах работы. Здесь мы проведем для сравнения лишь результаты
ускоренной экстракции липидов из какао бобов также смесью хлороформ-этанол,
но в соотношении 1:1 вместо 3:1, т.е. смесью с увеличенным количеством
этанола.
Выделение примесей начинается с 4-й и особенно усиливается
с 10-й минуты экстракции. Увеличение дозы полярного растворителя в экстрагирующей
смеси способствует повышению скорости экстракции и более полному извлечению
липидов.
Скорость экстракции, как показали исследования, зависит
также от индивидуальных особенностей липидов различных партий бобов. Так,
количество липидов, извлеченное из бобов Бразилия смесью хлороформ-этанол в
соотношении 3:1, составило (в % наСВ) 53,93 при длительности экстракции 3
мин, 54,81 после 8-минутной экстракции и 55,30 после 20-минутной.
Общее содержание липидов различных форм связанности,
определенное по методу В.П. Ржехина ? составило 57,02% на СВ; в том числе
свободные - 53,82, связанные 1,77, прочносвязанные 1,43% на СВ, что
составляет (в % к сумме липидов) соответственно 94,39; 3,10; 2,50.
Таким образом, в какао бобах находится значительное
количество липидов, связанных и прочносвязанных (более 3% абс. свыше 5%
относит.), выделение которых обычными способами затруднено. Более полное
извлечение этих липидов позволит высвободить белок и повысить выход масла.
Применение полярных растворителей (например, этанола;
может обеспечить выделение связанных липидов. Прочносвязанные липиды в
примененных условиях экстракции не извлекаются даже при использовании
полярного растворителя.
Таким образом, сравнительное определение суммарного
количества липидов в какао бобах, различающихся географическим
происхождением, показало неодинаковую способность тканей семядолей к
выделению липидов. На полноту их выделения оказывают влияние метод,
дисперсность пробы, вид растворителя, предварительная кислотная обработка
пробы, продолжительность экстракции.
Рефрактометрический метод определения липидов в какао
бобах и подготовка пробы в фарфоровой ступке дают заниженные результаты по
сравнению с экстракционным методом. При измельчении пробы в агатовой или
яшмовой ступке и повышении ее дисперсности разница уменьшается, а в раде
случаев результаты достигают значений, полученных при использовании
экстракционного метода. Способность к выделению липидов не зависит от
сортовых особенностей бобов. Мы полагаем, что данное свойство является
характеристикой степени их ферментации, влияющей на хрупкость семядолей,
целостность и проницаемость клеточных оболочек и мембранных структур.
Использование в качестве растворителя смеси полярного раствори - теля с
неполярным позволяет ускорить выделение липидов. За 20 мин экстракции
выход очищенных гексаном липидов достигает 96%.
Полученные результаты позволили наметить пути более
полного выделения липидов из ткани семядолей какао бобов. Поскольку для
шоколадного производства какао масло представляет большую ценность, можно
представить, какие изменения в его свойствах возможны при изменении
соотношения липидов свободны?: и высвобож - денных из комплексных соединений
с белками, из гликолипидов. Выяснение этих вопросов очень сложно. В своей
работе мы попытались сравнить масло, выделенное различными способами из
какаопродуктов, которые были подвергнуты предварительной обработке, только по
некоторым показателям.
|