Изменение жирнокислотного состава рапсового и рыжикового жмыхов в процессе экструдирования и оценка их биологической эффективности

В решении проблемы протеиновой и энергетической полноценности рационов животных и человека важное место, наряду с бобовыми растениями, отводится масличным культурам. Среди масличных культур заметную роль в качестве альтернативных источников белка и энергии играют представители семейства капустных, в частности рапс и рыжик.

Рапс является второй по распространенности масличной культурой в мире после сои в 2019 году, по данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации (ФАО). Рапс выращивается в основном из-за высокого содержания масла и благоприятного жирнокислотного состава [1].

Жмыхи из масличных семян семейства капустных ( Brassicaceae ), как побочные продукты получения масла холодным прессованием, являются недоиспользуемым источником белка, а также содержат до 18% высоконенасыщенного масла.

Основной интерес к рапсовому жмыху проявляется в производстве кормов для животных и аквакультуры [2–6]. Только небольшая часть используется в рационе человека.

В производстве получают рапсовое масло, жмых (при холодном прессовании) или рапсовую муку (при горячем прессовании), которая содержит около 38–45% белка [7].

Изучение перспектив использования жмыхов из масличных семян семейства капустных в пищевых производствах проводилось многими исследователями, включая процессы изоляции белков, снижение антипитательных компонентов, исследование физико-химических и функциональных характеристик получаемых продуктов, а также питательную ценность [8, 9].

Для повышения биологической полноценности кормов из масличных культур семейства капустных их подвергают различным способам технологической обработки, в том числе экструзионной, которая позволяет инактивировать антипитательные вещества, повысить доступность протеина, углеводов, липидов и биологически активных веществ рациона. Высокотемпературный кратковременный процесс, используемый во время экструзии, обеспечивает безопасность продукта без существенного изменения пищевой ценности [10].

Экструзия-одна из наиболее универсальных и коммерчески успешных технологий переработки, широко применяемая в производстве макаронных изделий, снеков, крекеров и аналогов мяса.

Несмотря на большое количество исследований процессов экструдирования жмыхов, основные работы посвящены изучению влияния различных параметров экструзии на изменения белковых, углеводных компонентов и витаминов, в то время как липидному составу экструдатов уделено значительно меньше внимания.

Цель работы – являлось изучение влияния процесса экструдирования на жирнокислотный состав рапсового и рыжикового жмыхов, а также оценка биологической эффективности липидной составляющей полученных экструдатов.

Материалы и методы

Для проведения исследований были приготовлены партии жмыха из рапса и рыжика массой 100 кг. Первая партия представляла собой контрольные образцы: жмых рапсовый, жмых рыжиковый, полученные из маслосемян (безэру-ковых, низкоглюкозинолатных сортов) методом холодного однократного прессования, вторая – жмых обработанный в экструдере.

Экструдирование жмыхов проводилось на одношнековом экструдере ЭК-100. Длительности прохождения жмыхов через экструдер составляло 20–30 секунд, а под воздействием максимальной температуры 6–9 с. Экструдирова-ние осуществлялось при температуре 130–150º С, давлении 30 атмосфер. Влажность материала составляла 15%.

Общую масличность определяли в полуавтоматическом экстракторе фирмы VELP модели SER 148/6 по методу Рэндалла в соответствии с ICC 136 «Определение содержания жира в зерне и зернопродуктах». В качестве растворителя применялся диэтиловый эфир. Жирнокислотный состав определяли на газовом хроматографе фирмы Perkin Elmer (США) в соответствии с ГОСТ 30418–96 Масла растительные. Метод определения жирнокислотного состава.

Все данные представлены как средние арифметические значения и их стандартные отклонения из 3 независимых измерений.

Для оценки биологической эффективности липидного компонента жмыхов использовали критерий рациональности жирнокислотного состава относительно эталонного липида рекомендуемого ФАО/ВОЗ для взрослых (в г / 100 г. липидов): сумма насыщенных жирных кислот (НЖК) – 30, сумма мононенасыщенных жирных кислот (МНЖК) – 60, сумма полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) – 10.

Коэффициент рациональности является показателем нутриентной адекватности сырья и готовых продуктов питания относительно жирнокислотной сбалансированности их липидов и рассчитывается по формуле [11]:

R L

n п i = 1

1 n

где: R L – коэффициент рациональности жирнокислотного состава, дол. ед.; Li – массовая доля i-ой жирной кислоты в сырье или продукте, г / 100 г. липидов; Lэi – массовая доля i-ой жирной кислоты, соответствующая физиологически необходимой норме (эталону), г / 100 г. липидов; i = 1 соответствует сумме насыщенных жирных кислот, i = 2 – сумме мононенасыщенных жирных кислот, i = 3 – сумме полиненасыщенных жирных кислот.

При n = 3 рациональность жирнокислотного состава оценивается по суммам насыщенных, мононенасыщенных и полиненасыщенных жирных кислот.

Результаты и обсуждение

На первом этапе исследования для оценки влияния процесса эктструзии на липидный состав рапсового и рыжикового жмыхов было определено остаточное содержание масла. Содержание остаточного масла в контрольном образце рапсового жмыха составило 15,49%, после экструзии – 13,91% в пересчете на сухое вещество. Аналогично для рыжикового жмыха, масличность контрольного образца составила 11,75%, эктрудированного образца – 10,52%.

Установлено снижение содержания остаточного масла в жмыхах после экструзии на 1,58% у рапса и на 1,23% у рыжика.

Полученные данные согласуются с литературными и могут объясняться тем фактом, что высокая температура и давление приводит к образованию комплексов липид–крахмал и липид–белок, что может приводить к снижению выхода масла из экструдированных продуктов [10]. Это явление также зависит от параметров процесса экструзии. Имеются сведения об образовании амилозо-липидного комплекса при средней температуре (от 110 до 140 °C) и низкой влажности. В условиях низкой влажности амилоза имеет более гибкую α-1,4 – глюкозную цепь, связанную с гидрофобными участками, которые взаимодействуют с алифатическими хвостами липидов, образуя, таким образом, комплекс V-амилозы и снижая содержание липидов [9].

Для определения биологической эффективности липидных компонентов экструдированных жмыхов был проведен анализ жирнокислотного состава остаточного масла (таблица 1).

Таблица 1.

Жирнокислотный состав остаточного масла в экструдированных жмыхах рапса и рыжика

Table 1.

Fatty acid composition of oil in extruded rapeseed and camelina cake

Жирная кислота Fatty acid	Содержание, % о суммы жирных кислот | Content, % of the amount of fatty acids
	жмых рапсовый rареsееd cake		жмых рыжиковый camelina cake
	контроль control	экструдат extrudate	контроль control	экструдат extrudate
Каприловая С8:0 | Caprylic С8:0	0,002	0,004	0,003	0,005
Каприновая С10:0 | Capric С10:0	0,016	0,018	0,015	0,046
Лауриновая С12:0 | Laurie С12:0	0,008	0,009	0,003	0,004
Миристиновая С14:0 | Myristic С14:0	0,051	0,080	0,054	0,086
Миристолеиновая С14:1 | Myristoleic С14:1	0,005	0,003	0,025	0,022
Пентадекановая С15:0 | Pentadecanoic С15:0	0,024	0,050	0,101	0,190
Пальмитиновая С16:0 | Palmitic С16:0	4,658	5,841	5,583	6,785
Пальмитолеиновая С16:1 | Palmitoleic С16:1	0,394	0,287	0,041	0,040
Маргариновая С17:0 | Heptadecanic С17:0	0,127	0,185	0,018	0,049
Стеариновая С18:0 | Stearic С18:0	1,859	3,300	2,080	3,192
Олеиноваяс 18:1 | Oleic 18:1	59,800	58,421	14,582	13,708
Линолевая С18:2 (ω-6) | Linoleic С18:2 (ω-6)	20,750	19,843	18,202	18,261
Линоленовая С18:3 (ω-3) | Linolenic С18:3 (ω-3)	9,786	7,755	38,311	35,682
Арахиновая С20:0 | Аrасhiniс С20:0	0,590	0,681	1,193	1,275
Гондоиновая С20:1 ω 9 | Eicosenoic С20:1 ω 9	1,218	2,216	12,697	12,658
Эйкозадиеновая С20:2 | Еiсоsаdiеnоiс С20:2	0,067	0,043	2,001	1,990
Арахидоновая С20:4 (ω-6) | Аrасhidоniс С20:4 (ω-6)	0,008	0,007	1,616	1,533
Бегеновая С22:0 | Behenic С22:0	0,338	0,537	0,257	0,540
Эруковая С22:1 | Erucic С22:1	0,087	0,042	2,830	2,085

Как показали результаты, процесс экструзии в некоторой степени снизил содержание ненасыщенных жирных кислот. Наиболее значимые изменения наблюдались в концентрации линоленовой кислоты, ее количество после экструзии снизилось на 2,24% в рапсовом жмыхе и на 2,63% в рыжиковом. Для оценки рапса и рыжика был проведен расчет суммарного содержания насыщенных жирных кислот (НЖК), суммарное содержание моно- и полиненасы-щенных жирных кислот, а также коэффициент ненасыщенности (отношение суммы ненасыщенных ЖК к сумме насыщенных ЖК). Результаты представлены на рисунке 1.

изменения жирнокислотного состава жмыхов

^ ^насыщенных жирных кислот У saturated fatty acids

■ ^ненасыщенных жирных кислот ^unsaturated fatty acids

■ коэффициент ненасыщенности unsaturation coefficient

Рисунок 1. Изменение содержания насыщенных, ненасыщенных жирных кислот и коэффициента ненасыщенности масел в рапсовом и рыжиковом жмыхах после экструдирования: 1 – жмых рапсовый, контроль;

2 – жмых рапсовый, экструдат; 3 – жмых рыжиковый, контроль; 4 – жмых рыжиковый, экструдат

Figure 1. Changes in the content of saturated, unsaturated fatty acids and the unsaturated coefficient of oils in rapeseed and camelina cake after extrusion: 1 – rapeseed cake, control; 2 – rapeseed cake extrudate, 3 – camelina cake, control; 4 – camelina cake, extrudate

В результате проведенных расчетов установлено увеличение суммы насыщенных жирных кислот на 3% в рапсовом жмыхе после экструди-рования, на 2,87% в рыжиковом жмыхе. Также, наблюдалось снижение коэффициента ненасыщенности после экструзии на 4% и 3% для рапсового и рыжикового жмыхов соответственно.

Биологическая эффективность жиров и масел оценивается по сбалансированности их жирнокислотного состава. Для оценки биологической эффективности липидного компонента жмыхов рапса и рыжика после экструдирования для них были рассчитаны коэффициенты рациональности жирнокислотного состава R L (рисунок 2).

Из полученных результатов можно заключить, что коэффициент рациональности жирнокислотного состава масел рапсового и рыжикового жмыхов увеличивается после экструдирования. Более существенные изменения наблюдаются у рапсового жмыха, после экструзии сбалансированность его жирнокислотного возрастает на 0,07 долей единицы. В рыжиковом жмыхе после экструзии коэффициент рациональности жирнокислотного состава увеличился на 0,04 доли единицы.

рациональности жирнокислотного состава масел в рапсовом и рыжиковом жмыхах после экструдирования: 1 – жмых рапсовый, контроль; 2 – жмых рапсовый, экструдат; 3 – жмых рыжиковый, контроль; 4 – жмых рыжиковый, экструдат

Figure 2. Changing the rationality coefficients of the fatty acid composition of oils in rapeseed and camelina cake after extrusion: 1 – rapeseed cake, control; 2 – rapeseed cake extrudate, 3 – camelina cake, control; 4 – camelina cake, extrudate

Заключение

В результате проведенных исследований установлено, что жирнокислотный состав рыжикового и рапсового жмыхов достаточно стабилен. В процессе экструзии зафиксировано незначительное снижение количества остаточного масла в жмыхах. Как показали результаты, процесс экструзии в некоторой степени снизил содержание ненасыщенных жирных кислот, в то время как пропорции насыщенных жирных кислот были увеличены. Наименее устойчивыми к воздействию высоких температур и давлению являются полиненасыщенные жирные кислоты. Полученные данные согласуются с результатами зарубежных исследований [12]. Вероятным объяснением является тот факт, что чем выше ненасыщенность жирной кислоты, тем легче она подвергается гидролизу и окислению в период экструзии, кроме того, так как в полиненасы-щенные жирные кислоты имеют сопряженные двойные связи, возможно протекание реакции изомеризации из цис-формы в транс-форму, тем самым уменьшая их содержание в масле.

Несмотря на снижение количества эссенциальных жирных кислот в рапсовом и рыжиковом жмыхах, экструзионная обработка повышает общую биологическую эффективность остаточного масла. Высокая степень ненасыщенности, благодаря содержанию ПНЖК, обуславливает довольно низкий коэффициент рациональности жирнокислотного состава рапсового и рыжикового жмыхов (0,44 и 0,29 соответственно). Из-за снижения количества линолевой, линоленовой, гондоиновой жирных кислот в процессе экструзии, ненасыщенность масла снижается, увеличивая, таким образом, общую сбалансированность и коэффициент рациональности жирнокислотного состава до 0,51 в рапсовом жмыхе и 0,33 в рыжиковом.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что процесс экструзии не оказывает негативного влияния на жирнокислотный состав рапсового и рыжикового жмыхов.

Благодаря высокому содержанию ПНЖК экструдированные рапсовый и рыжиковый жмыхи могут быть рекомендованы в качестве добавки в пищевые продукты с большим количеством насыщенных жиров (например, мясные изделия) для повышения их пищевой ценности.

Результаты получены при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках выполнения научных исследований и разработок по проекту «Создание комплексного высокотехнологичного производства растительного масличного сырья и продуктов его переработки в условиях Сибири».