Самарский государственный технический университет
Исследование окислительной стабильности нескольких видов растительных масел при различных технологических параметрах
Н.В. Макарова, доктор химических наук, профессор
М.С. Воронина, кандидат технических наук
Реферат
Растительные масла являются на данный момент не только одними из самых популярных пищевых продуктов в мире, имеющих репутацию полезных для здоровья человека, но и основным источником ненасыщенных жирных кислот, которые предотвращают многочисленные сердечно-сосудистые и другие заболевания. С целью изучения глубины окислительных изменений химического состава жирно-кислотной фазы при реальных процессах технологической переработки и приготовления кулинарных блюд с использованием растительных масел исследованы перекисное, кислотное, анизидиновое, Totox, тиобарбитуровое числа для растительного масла в различных модельных условиях: варка (температура 95-100 оС, время обработки 30 мин), жарка (температура 195-200 оС, время обработки 15 мин), кратковременное нагревание (СВЧ-нагрев, мощность 90 Вт, время обработки 2 мин), нарушение условий хранения (температура 35-40 оС, время обработки 3 и 7 суток). При сравнительной характеристике окислительных процессов в кокосовом, пальмовом, подсолнечном масле установлено, что именно подсолнечное масло склонно к глубоким процессам окислительной порчи. Обнаружена высокая склонность к увеличению изученных показателей при всех вариантах обработки, что свидетельствует о глубоком протекании окислительных процессов в растительных маслах. Особенно большое влияние, ускоряющее окисление ненасыщенных жирных кислот подсолнечного масла, наблюдается в случае хранения при повышенной температуре и СВЧ- нагрева. Исходя из этих данных, даются рекомендации по необходимости использования натуральных антиоксидантов в процессах переработки растительных масел, производства пищевых продуктов с использованием растительных масел, приготовления кулинарных блюд, в рецептуре которых присутствуют растительные масла.
Ключевые слова: растительные масла, подсолнечное масло, кокосовое масло, пальмовое масло, окисление, перекисное число, кислотное число, Totox-число, анизидиновое число, тиобарбитуровое число, термообработка, хранение.
STUDY OF THE OXIDATIVE STABILITY OF SEVERAL TYPES OF VEGETABLE OILS WITH DIFFERENT TECHNOLOGICAL PARAMETERS
N.V. Makarova, Doctor of Chemistry, Professor M.S. Voronina, Candidate of Technical Sciences
Samara State Technical University
Key words: vegetable oils, sunflower oil, coconut oil, palm oil, oxidation, peroxide value, acid number, Totox number, anisidine number, thiobarbitur number, heat treatment, storage.
Abstract. Vegetable oils are currently not only one of the most popular foods in the world, having a reputation for being healthy, but also the main source of unsaturatedfatty acids, which prevent numerous cardiovascular and other diseases. In order to study the depth of oxidative changes in the chemical composition of the fatty acid phase in real technological processing processes and the preparation ofculinary dishes using vegetable oils, the peroxide, acid, anisidine, Totox, thiobarbituric numbers for vegetable oil were studied under various conditions of model conditions: cooking (temperature 95-100 ° C, processing time 30 min), frying (temperature 195200 ° C, processing time 15 min), short-term heating (microwave heating power 90 W, processing time 2 min), breaking the condition ovy storage (temperature 35-40 ° C, and treatment time 3 to 7 days). With a comparative description of oxidative processes in coconut, palm, and sunflower oil, it was established that sunflower oil is prone to deep oxidative damage processes. A high propensity to increase the studied parameters was found for all treatment options, which indicates a deep occurrence of oxidative processes in vegetable oils. A particularly large effect, accelerating the oxidation of unsaturatedfatty acids ofsunflower oil, is observed in the case of storage at elevated temperatures and microwave heating. Based on these data, recommendations are made on the need to use natural antioxidants in the processing ofvegetable oils, food production using vegetable oils, cooking culinary dishes, in the formulation of which vegetable oils are present.
Растительные масла являются основными источниками ненасыщенных жирных кислот в питании большинства россиян. Именно за последние несколько лет проведены широкомас- шабные исследования роли ненасыщенных жирных кислот в поддержании здоровья. Так, суммированы данные многих исследований по проявлению полиненасыщенными жирными кислотами сердечно-сосудистого, противоаритмического, противовоспалительного, антигипер- тензивного [1], антиоксидантного [2] действия. Именно полиненасыщенные жирные кислоты рекомендуются как необходимая составляющая диет для снижения веса, улучшения здоровья
Обсуждены механизмы накопления полиненасыщенных жирных кислот в плазме крови, транспорта холестерина [5], антитромботического эффекта [6].
Окисление липидов является одним из основных процессов, ограничивающих срок годности растительных масел. Жиры растительных масел состоят из триглицеридов, и именно они являются «центрами» окислительных процессов. Образующиеся продукты окисления оказывают отрицательное влияние на здоровье человека, провоцируя ряд заболеваний [7] за счет накопления продуктов окисления в клеточных мембранах [8]. Механизм влияния термически окисленных жиров оценен по уровню липидов низкой и высокой плотности, гемоглобина, холестерина, лимфоцитов в крови обследованных больных [9]. А эпидемиологические исследования доказывают положительное влияние употребления растительных масел на деятельность сердца [10].
Целый ряд работ посвящен исследованиям влияния природы растительных масел, условий обработки на уровень протекания окислительных процессов. Так, на примере соевого масла показано [11] различие в показателях содержания вторичных продуктов окисления в зависимости от температуры и времени нагревания. Для льняного [12], кукурузного [13], оливкового, кокосового, рапсового [14], подсолнечного, соевого, кукурузного, виноградных косточек [15], арахисового, кукурузного, рапсового, виноградных косточек, рисовых отрубей [16] масел установлено изменение количественного и качественного состава жирных кислот, увеличение перекисного, йодного, анизидинового чисел, содержания диенов и триенов при термической обработке и хранении.
Для защиты растительных масел от окисления одним из важнейших путей является использование антиоксидантов. Именно в последнее время наметилась тенденция к производству и использованию антиоксидантов из натурального пищевого сырья. В качестве таких натуральных антиоксидантов предлагается использовать куркумин для кукурузного масла [17], экстракты зеленого чая, ликопин, ресвератрол, у-оризанол для арахисового масла [18], экстракт кожуры граната для кокосового масла для фритюрной жарки [19], инкапсулированные экстракты цитрусовых, брокколи, розмарина для подсолнечного масла [20], листья оливкового дерева для подсолнечного масла [21].
Однако, несмотря на ряд проведенных исследований, анализ научных статей показывает, что изучение окислительной стабильности растительных масел касается в основном исследований глубины окисления при хранении, а вопросы влияния технологии переработки растительных масел, в частности кулинарной обработки, на глубину протекания процессов окисления остаются нераскрытыми. Кроме того, даже влияние технологии хранения изучено при стандартных условиях, тогда как в современной логистической цепи сбыта растительного масла и пищевых продуктов, включающих в свою рецептуру растительные масла, наблюдаются значительные нарушения в технологиях хранения и переработки.
Целью исследований являются: 1) оценка глубины степени окисления подсолнечного, кокосового, пальмового масел с помощью перекисного, анизидинового, ТоШх, тиобарбитурового чисел в различных условиях, моделирующих реальные технологические процессы переработки растительных масел и производства пищевых продуктов с включением растительных масел в рецептуру: варка (температура 95-100 оС, время обработки 30 мин), жарка (температура 195-200 оС, время обработки 15 мин), кратковременное нагревание (СВЧ-нагрев, мощность 90 Вт, время обработки 2 мин), нарушение условий хранения (температура 35-40 оС, время обработки 3 и 7 суток); 2) сравнительный анализ уровня окислительных процессов растительных масел для различных условий; 3) выработка рекомендаций по оптимальным технологическим режимам обработки и хранения растительных масел и пищевых продуктов с включением в их состав растительных масел.
Методика обработки образцов растительного масла. Модель обработки I: 100 г растительного масла выдерживают при температуре 95-100 оС в течение 30 мин.
Модель обработки II: 100 г растительного масла выдерживают при температуре 195200 о С в течение 15 мин.
Модель обработки III: 100 г растительного масла выдерживают при СВЧ-нагреве мощностью 90 Вт в течение 2 мин.
Модель обработки IV: 100 г растительного масла выдерживают при температуре 35-40 о С в течение 72 ч.
Модель обработки V: 100 г растительного масла выдерживают при температуре 35-40 о С в течение 168 ч.
Методика определения степени окисления растительного масла по перекисному числу. За основу взята методика, изложенная в статье S. ОкрагаПа et а1. [22], с изменениями для собственных объектов. К 5 г растительного масла добавляют 30 мл смеси уксусной кислоты с хлороформом (3 : 2). После растворения исследуемого образца добавляют 0,5 мл насыщенного раствора йодида калия, раствор оставляют на 1 мин, доливают 30 мл дистиллированной воды и титруют 0,01 М раствором тиосульфата натрия до исчезновения светло-желтого цвета, добавляют 0,5 мл 1 %-го раствора крахмала и титруют раствором тиосульфата натрия до исчезновения голубой окраски. Рассчитывают перекисное число (моль У О2/кг).
Методика определения степени окисления растительного масла по кислотному числу. За основу взята методика, изложенная в статье S. ОкрагаПа et а1. [22], с изменениями для собственных объектов. К 1,5 г растительного масла добавляют 25 мл спирто-эфирной нейтрализованной смеси. Перемешивают. Добавляют 2-3 капли фенолфталеина и титруют 0,1 М раствором КОН до получения светло-розовой не ичезающей в течение 30 с окраски.
Методика определения степени окисления растительного масла по анизидиновому числу. За основу взята методика, изложенная в статье М. Pignitter, V Somora [23], с изменениями для собственных объектов. Растворяют 1,5 г растительного масла в 25 мл изо-октана. Отбирают пробу в 5 мл и добавляют 5 мл 0,25 %-го раствора анизидина в уксусной кислоте. Выдерживают 10 мин для осуществления реакции. Снимают спектр поглощения при 350 нм.
Методика определения степени окисления растительного масла по То^х-числу. За основу взята методика, изложенная в статье [23], с изменениями для собственных объектов.
Методика определения степени окисления растительного масла по тиобарбитуровому числу. За основу взята методика, изложенная в статье O. A. Karanta, A.A. Akaho [24], с изменениями для собственных объектов. Смешивают с 0,9 мл дистиллированной воды 0,1 г образца растительного масла и 5 мл TBA- реактива (0,375 % тиобарбитуровой кислоты, 15 % трихло- руксусной кислоты и 0,25 М HCl). Смесь нагревают на водяной бане 10 мин до появления розовой окраски, охлаждают до комнатной температуры, центрифугируют при скорости 5000 об/мин 10 мин. Снимают спектр поглощения при 532 нм и определяют тиобарбитуровое число по калибровочному графику, построенному по стандартному веществу - малондиальдегиду (МДА) (мг МДА/1 кг исходного растительного масла).
Окисление липидов является главной причиной их порчи, а перекиси, образующиеся при реакции кислорода с ненасыщенными жирными кислотами растительного масла, являются первичными продуктами этой реакции. Концентрация перекисей, выраженная в виде перекисного числа, является мерой окисления, или прогорклости, растительных масел на начальных этапах окисления. Определение перекисного числа растительного масла является одним из химических методов испытаний и необходимым моментом оценки окислительной порчи. Метод определения перекисного числа включает титрование пробы растительного масла, содержащей йодид калия в смеси хлороформ - уксусная кислота. Гидропероксиды окисляют йодид до молекулярного йода, который оттитровывают тиосульфатом натрия.
Результаты определения перекисного числа растительных масел в различных моделирующих условиях представлены на рис. 1.
Рис. 1. Результаты определения перекисного числа растительных масел, ммоль 1А О2/кг
Исходные растительные масла имеют низкие значения перекисных чисел. Причем этот показатель ниже у кокосового и пальмового масел (0,32 и 0,40 ммоль У О2/кг) по сравнению с подсолнечным. При всех видах обработки этот показатель увеличивается. Но в случае кокосового и пальмового масла это увеличение не столь значительно, как в случае подсолнечного. Практически любая технология нагревания ведет к увеличению перекисного числа подсолнечного масла в десятки раз. Это можно объяснить различием в жирно-кислотном составе кокосового и пальмового масел по сравнению с подсолнечным. Именно подсолнечное масло содержит больше ненасыщенных жирных кислот, а следовательно, весьма склонно к реакциям первичного окисления.
Порча растительных масел, вызванная реакциями гидролиза, возникает в результате расщепления молекулы триглицерида по сложноэфирной связи с образованием свободных жирных кислот. Кислотное число представляет собой количество гидроксида калия, необходимое для нейтрализации свободных жирных кислот. окислительный растительный масло кулинарный
Рис. 2. Результаты определения кислотного числа растительных масел, мг КОН/г
Результаты определения кислотного числа растительных масел в различных моделирующих условиях представлены на рис. 2. Исходя из полученных данных, можно отметить, что кислотное число мало изменяется у всех видов масел. В случае подсолнечного и пальмового масел кислотное число имеет низкие значения как исходные, так и при различных вариантах обработки. У кокосового масла исходное значение выше, чем у других видов исследованных масел, приблизительно в 3 раза, а при обработке оно увеличивается почти в 2 раза.