Влияние ликопинсодержащей пищевой добавки на устойчивость рафинированных дезодорированных растительных масел к окислению

Введение. Известно, что рафинированные дезодорированные растительные масла и эмульсионно-жировые продукты, полученные с их применением, в значительной степени склонны к протеканию окислительных процессов, вследствие чего происходит снижение их потребительских свойств.

Следует отметить, что в результате процесса окисления растительных масел происходит образование и накопление токсичных веществ (альдегидов, кетонов), оказывающих негативное влияние на здоровье человека, так как накопление указанных веществ приводит к разрушению клеточных мембран, ускоряя процессы старе- ния, а также к возникновению атеросклероза и других заболеваний [1].

Учитывая это, устойчивость к окислению растительных масел является ключевым фактором, определяющим их качество, безопасность и сроки годности.

На устойчивость растительных масел к окислению влияют особенности состава жирных кислот, а именно степень их ненасыщенности, наличие в составе масел прооксидантов, например, хлорофиллов, ионов металлов (Fe3+ и Cu2+), и антиоксидантов, а также условия хранения и транспортирования [2].

Известно, что в процессе рафинации и дезодорации растительные масла теряют значительную часть нативных антиоксидантов, в частности токоферолов, в связи с этим для повышения их устойчивости к окислению широко применяются такие коммерчески доступные синтетические антиоксиданты, как бутилированный гидроксианизол (BHA), бутилированный гидрокситолуол (BHT), третбутилгидрохинон (TBHQ) и пропил-галлат (PG) [1]. Однако синтетические антиоксиданты могут оказывать канцерогенное воздействие на организм человека [3, 4].

Применение антиоксидантов природного происхождения является более перспективным и безопасным альтернативным способом увеличения устойчивости рафинированных дезодорированных растительных масел к окислению и повышения их сроков годности.

В этом аспекте перспективными являются исследования по получению антиоксидантов из вторичных ресурсов, образующихся при переработке растительного сырья, богатых биологически активными соединениями с высокими антиоксидантными свойствами. Одним из таких источников природных антиоксидантов являются выжимки томатов, образующиеся при промышленной переработке томатов [5].

Содержащиеся в выжимках томатов каротины, особенно ликопин, обладают высокими антиоксидантными свойствами, что подтверждено многочисленными исследованиями [6–8].

Кроме того, выявлена эффективность внесения пищевых добавок, содержащих ликопин и/или бета-каротин, в некоторые растительные масла для повышения их устойчивости к окислению [9–11].

Так, например, в работе [9] была проведена сравнительная оценка эффективности применения полученного из выжимок томатов экстракта с высоким содержанием ликопина и синтетического антиоксиданта – бутилированного гидрокситолуола (BHT) для обеспечения устойчивости к окислению рафинированных оливкового и подсолнечного масел. Было исследовано влияние четырех концентраций экстракта в исследуемых маслах – 250, 500, 1000 и 2000 мкг/г, при этом указанные концентрации экстракта обеспечивали содержание ликопина в маслах 5, 10, 20 и 40 мкг/г соответственно. Синтетический антиоксидант BHT вносили в масла в максимально высокой допустимой концентрации, равной 200 мкг/г. Эксперимент длился пять ме- сяцев, при этом отслеживание устойчивости к окислению образцов масел проводили на протяжении всего эксперимента путем контроля следующих показателей окислительной порчи: значений перекисного и кислотного чисел, содержания конъюгированных диенов и триенов. Результаты эксперимента показали, что внесение экстракта из выжимок томатов в концентрациях 250 и 2000 мкг/г в рафинированные оливковое и подсолнечное масла соответственно обеспечивает получение равнозначных значений показателей окислительной порчи исследуемых масел по сравнению с маслами, содержащими синтетический BHT.

В работе [10] приведены результаты исследований кинетики реакций гидролиза триацил-глицеринов и окисления свободных жирных кислот оливкового масла холодного отжима, обогащенного пищевой добавкой, содержащей бета-каротин, в процессе его хранения. Установлено, что внесение в оливковое масло бета-каротина в количестве 400 мг/л способствует замедлению в нем окислительных процессов, протекающих при хранении, и увеличению срока годности на 2 месяца по сравнению с контрольным образцом, не содержащим бета-каротин.

В другом исследовании [11] авторы оценили влияние томатного экстракта, содержащего ликопин, на устойчивость к окислению льняного масла. Устойчивость к окислению оценивали на приборе Rancimat при 110 °С по индукционному периоду образцов льняного масла без внесения и с внесением томатного экстракта в таком количестве, чтобы в исследуемых образцах масла содержание ликопина составило 40, 80 и 120 мг/кг, а также по индукционному периоду контрольного образца льняного масла, содержащего 200 мг/кг синтетического BHT. Установлено, что льняное масло, содержащее 80 мг/кг ликопина, имело более высокий индукционный период по сравнению с другими образцами льняного масла, не содержащими томатный экстракт или содержащими его в меньших дозировках, и соответствовало индукционному периоду образца льняного масла, содержащего синтетический BHT.

Таким образом, исследования в области применения в рафинированных дезодорированных растительных маслах пищевых добавок, содержащих ликопин или бета-каротин и обладающих высоким потенциалом для замены син- тетических антиоксидантов, являются актуальными и перспективными.

Цель исследования – определение влияния ликопинсодержащей пищевой добавки на устойчивость к окислению рафинированных дезодорированных растительных масел.

Задачи : исследовать влияние состава жирных кислот триацилглицеринов рафинированных дезодорированных растительных масел на их устойчивость к окислению; исследовать влияние ликопинсодержащей пищевой добавки на устойчивость рафинированных дезодорированных растительных масел к окислению.

Объекты и методы . Объектами исследования являлись образцы рафинированных дезодорированных растительных масел с внесением и без внесения ликопинсодержащей пищевой добавки.

Для проведения исследований были выбраны вырабатываемые в промышленном масштабе рафинированные дезодорированные подсолнечное, соевое и рапсовое масла, характеристика показателей окислительной порчи, а именно значений кислотного (К.ч.) и перекисного (П.ч.) чисел которых приведена ниже:

– для подсолнечного: К.ч. – 0,15 мг КОН/г, П.ч. – 1,9 ммоль активного кислорода/кг;

– для соевого: К.ч. – 0,18 мг КОН/г, П.ч. – 2,1 ммоль активного кислорода/кг;

– для рапсового: К.ч. – 0,12 мг КОН/г, П.ч. – 1,5 ммоль активного кислорода/кг.

Ликопинсодержащая пищевая добавка представляет собой жидкий экстракт краснокоричневого цвета с содержанием ликопина (5410 ± 16 мг)/100 г, который был получен из выжимок томатов по разработанной нами технологии, имеющей ноу-хау и предусматривающей предварительную подготовку выжимок томатов к экстракции и собственно процесс экстракции ликопина из подготовленных выжимок. Предварительная подготовка выжимок томатов включает отделение семян от выжимок флотацией, ферментативную обработку (целлюлазой, ксиланазой, протеазой и пектиназой) при 40 °С в течение 1 ч, отделение осадка под вакуумом, СВЧ-инактивацию ферментов в осадке (60– 65 °C) и сушку осадка под вакуумом (40–45 °С) до влажности 10 %. Процесс экстракции ликопина из высушенного осадка одностадийный с УЗ-обработкой по следующим режимам: комплексный растворитель ацетон : гексан (2 : 1), соотношение осадок:комплексный растворитель

(1 : 15), продолжительность 50 мин, из них 10 мин при УЗ-обработке и 40 мин при постоянном перемешивании. Завершающая стадия получения ликопинсодержащей пищевой добавки – удаление из полученного экстракта комплексного растворителя под вакуумом.

Для проведения исследования влияния состава жирных кислот и ликопинсодержащей пищевой добавки на устойчивость к окислению рафинированных дезодорированных масел были подготовлены контрольные образцы без внесения ликопинсодержащей пищевой добавки и экспериментальные образцы.

Экспериментальные образцы рафинированных дезодорированных растительных масел с внесением ликопинсодержащей пищевой добавки готовили следующим образом. На первом этапе готовили образец масла с высокой концентрацией ликопинсодержащей пищевой добавки, навеску которой определяли с таким расчетом, чтобы в готовом образце масла содержание ликопина было не менее 10 мг на 100 г масла. После внесения расчетной навески ли-копинсодержащей пищевой добавки в образец масла его подвергали термостатированию при температуре 60 °С и постоянном перемешивании в течение 1 ч. В полученном после термостатирования образце масла определяли содержание ликопина спектрофотометрическим методом. Затем из полученного образца масла с известным содержанием ликопина методом разведения готовили экспериментальные образцы масла с содержанием ликопина 1, 3 и 5 мг на 100 г масла, которые помещали в пробирки с притертыми пробками и хранили при температуре (4 ± 2) °C без доступа кислорода воздуха в темном месте до проведения исследований.

Исследование в контрольных образцах рафинированных дезодорированных растительных масел состава жирных кислот проводили по методике, приведенной в ГОСТ 30418-96, с применением газового хроматографа «Хрома-тэк-Кристалл 5000», предварительно получив метиловые эфиры жирных кислот по методике, приведенной в ГОСТ 31665-2012.

Устойчивость к окислению контрольных и экспериментальных образцов масла определяли с помощью метода термического анализа – дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) на приборе DSC 200, производства Labxyi (Китай). Прибор перед проведением испытаний был откалиброван по индию (темпера- тура плавления 156,6 °С) в качестве эталона. Затем испытуемый образец масла массой (10 ± 0,5) мг помещали в открытый алюминиевый тигель, который устанавливали внутрь измерительной камеры. Симметрично тиглю с испытуемым образцом масла устанавливали пустой тигель в качестве образца сравнения. Нагрев измерительной камеры прибора до достижения температуры исследования проводили в потоке азота, а затем переключали поток инертного азота на активный кислород. Скорость потока кислорода составляла 60 мл/мин. Исследования проводили при температуре 110, 120 и 130 °С. Полученные ДСК-термограммы обрабатывали в MS Excel. Время окислительной индукции испытуемых масел (Т0), характеризующие их устойчивость к окислению, определяли как время, прошедшее от начала изотермического воздействия до точки пересечения изотермы окислительной реакции с продленной нулевой базовой линией, определенной методом касательных.

Экспериментальные данные, полученные в ходе исследования, были обработаны с помощью пакета программ MS Excel и Statistica 9.0.

Результаты и их обсуждение. На первом этапе исследовали влияние состава жирных кислот, содержащихся в контрольных образцах рафинированных дезодорированных подсолнечного, соевого и рапсового масел, на их устойчивость к окислению методом дифференциально сканирующей калориметрии.

В таблице 1 приведены результаты исследования состава жирных кислот (ЖК) контрольных образцов масел.

Таблица 1

Наименование ЖК	Содержание ЖК в образце рафинированного дезодорированного масла, % к общему содержанию ЖК
	Подсолнечного	Соевого	Рапсового
Миристиновая (С14:0)	0,07	0,08	0,05
Пальмитиновая (С16:0)	6,31	10,83	4,46
Стеариновая (С18:0)	3,32	4,58	1,78
Арахиновая (С20:0)	0,25	0,49	0,52
Бегеновая (С22:0)	0,72	0,52	0,28
Ʃ насыщенных ЖК ( Ʃ НЖК)	10,67	16,50	7,09
Пальмитолеиновая (С16:1)	0,15	0,13	0,24
Олеиновая (С18:1)	32,79	25,32	64,34
Эйкозеновая (С20:1)	0,25	0,23	1,47
Эруковая (С22:1)	Отсутствие	Отсутствие	0,45
Ʃ мононенасыщенных ЖК ( Ʃ МНЖК)	33,19	25,68	66,50
Линолевая (С18:2)	56,14	51,81	26,41
Линоленовая (С18:3)	Отсутствие	6,01	Отсутствие
Ʃ полиненасыщенных ( Ʃ ПНЖК)	56,14	57,82	26,41
Соотношение Ʃ МНЖК/ Ʃ ПНЖК	0,59	0,44	2,52

Состав жирных кислот контрольных образцов масел

Fatty acid composition of control oil samples

Из данных таблицы 1 видно, что степень ненасыщенности жирных кислот исследуемых образцов масел отличается. Следует отметить, что исследуемые масла характеризуются высоким содержанием ненасыщенных (МНЖК и ПНЖК) жирных кислот по сравнению с содержанием НЖК.

Среди ненасыщенных жирных кислот содержание МНЖК наиболее высокое в рапсовом масле (66,50 %), затем в подсолнечном (33,19 %), а в соевом – самое низкое, 25,68 %. Превали- рующей жирной кислотой среди МНЖК во всех исследуемых маслах является олеиновая кислота (С18:1), причем ее содержание в рапсовом масле достигает 64,34 %, а в подсолнечном и соевом – 32,79 и 25,32 % соответственно.

Наиболее высокое содержание ПНЖК отмечено для соевого масла (57,82 %), затем идет подсолнечное (56,14 %), а в рапсовом самое низкое содержание ПНЖК – 26,41 %. Превалирующей жирной кислотой из ПНЖК для всех исследуемых образцов масел является линоле- вая кислота (С18:2), содержание которой наиболее высокое в подсолнечном масле (56,14 %) и соевом (51,81 %), а в рапсовом значительно ниже – 26,41 %. Следует отметить, что образец соевого масла отличается от подсолнечного и рапсового содержанием более ненасыщенной, по сравнению с С18:2, линоленовой кислоты (С18:3) – 6,01 %.

Учитывая, что соотношение МНЖК/ПНЖК может косвенно характеризовать устойчивость масел к окислению, при этом чем соотношение выше, тем выше устойчивость к окислению, так как ПНЖК, по сравнению с МНЖК, в большей степени чувствительны к воздействию кислорода и окисляются быстрее, определяли указанное соотношение для исследуемых масел.

Для подсолнечного масла соотношение МНЖК/ПНЖК составило 0,59, для соевого – 0,44, а для рапсового – 2,52.

В связи с этим, исследуемые масла по степени ненасыщенности содержащихся ЖК можно расположить в ряд по убыванию: соевое масло → подсолнечное масло → рапсовое масло.

Результаты оценки устойчивости к окислению контрольных образцов исследуемых масел представлены в таблице 2.

Таблица 2

Время окислительной индукции (Т0) контрольных образцов рафинированных дезодорированных растительных масел

Oxidative induction time (T0) of control samples of refined deodorized vegetable oils

Контрольный образец рафинированного дезодорированного масла	Т0 контрольного образца рафинированного дезодорированного масла, мин при температуре
	110 °С	120 °С	130 °С
Подсолнечного	143,0±3	89,0±2	58,0±3
Соевого	133,0±2	79,0±3	52,0±2
Рапсового	317,0±4	143,0±2	90,0±2

Анализ таблицы 2 показывает, что Т0 рапсового масла при 110 °С значительно выше, чем при 120 и 130 °С (317,0 мин против 143,0 и 90,0 мин соответственно). Для подсолнечного и соевого масел указанная закономерность аналогична.

Более высокое Т0 исследуемых масел при 110 °С по сравнению с Т0 при 120 и 130 °С можно объяснить тем, что при более высоких температурах интенсивность протекания процессов окисления во всех исследуемых образцах увеличивается.

Необходимо отметить, что рапсовое масло характеризуется более высокой устойчивостью к окислению по сравнению с подсолнечным и соевым. Его Т0 при 110 °С выше в 2,2 и 2,4 раза, чем Т0 подсолнечного и соевого соответственно: при 120 °С – в 1,6 и 1,8 раза, а при 130 °С – в 1,55 и в 1,7 раза.

Сравнение Т0 подсолнечного и соевого масел при 110 °С показало, что Т0 подсолнечного масла выше почти в 1,1 раза. Данная закономерность подтверждается и при температурных режимах 120 и 130 °С. Это указывает на более высокую устойчивость подсолнечного масла к окислению.

На основании Т0 контрольных образцов масел, полученных при различных изотермических температурах в результате их ускоренного окисления в потоке кислорода, исследуемые образцы масел по устойчивости к окислению можно расположить в ряд по возрастанию: соевое масло → подсолнечное масло → рапсовое масло.

Таким образом, состав жирных кислот, а также соотношение МНЖК/ПНЖК в маслах оказывает значительное влияние на их устойчивость к окислению.

Полученные данные коррелируют с данными, приведенными в работе [12]. В результате исследования состава жирных кислот и устойчивости к окислению оливкового, кукурузного и подсолнечного масел авторами сделан вывод о значительном влиянии степени ненасыщенности жирных кислот, содержащихся в маслах, на их устойчивость к окислению. Показано, что оливковое масло с наиболее высоким содержанием мононенасыщенных жирных кислот является более устойчивым к окислению по сравнению с кукурузным и подсолнечным, что подтверждено данными, полученными в результате ускоренного окисления исследуемых масел кондуктомет- рическим методом по стандартной методике на приборе Rancimat и методом дифференциально сканирующей калориметрии на приборе DSC. Следует отметить, что данные, полученные на приборе Rancimat, и данные, полученные на приборе DSC, имеют высокую корреляцию (коэффициент корреляции Пирсона > 0,98), что подтверждает объективность и эффективность применения метода дифференциально сканирующей калориметрии для оценки устойчивости к окислению растительных масел.

На втором этапе оценивали влияние лико-пинсодержащей пищевой добавки на устойчивость к окислению экспериментальных образцов исследуемых масел. Полученные данные приведены в таблице 3.

Таблица 3

Время окислительной индукции (Т0) экспериментальных образцов рафинированных дезодорированных растительных масел

Oxidative induction time (T0) of experimental samples of refined deodorized vegetable oils

Экспериментальный образец рафинированного дезодорированного масла	Т0 экспериментального образца рафинированного дезодорированного масла, мин при температуре
	110 °С	120 °С	130 °С
Подсолнечного с содержанием ликопина, мг/100 г:
1	203±3	105±2	65±2
3	216±4	118±3	69±3
5	245±2	130±3	70±2
Соевого с содержанием ликопина, мг/100 г:
1	188±3	92±3	58±3
3	207±2	107±3	62±2
5	232±2	119±4	65±2
Рапсового с содержанием ликопина, мг/100 г:
1	362±2	177±4	92±2
3	365±3	180±3	95±3
5	366±2	181±2	95±3

Из приведенных данных видно, что Т0 экспериментальных образцов масел при температуре 110 °С значительно выше, чем при 120 и 130 °С, что можно объяснить повышением скорости окисления масел при температурах 120 и 130 °С.

Результаты, характеризующие степень повышения устойчивости к окислению экспериментальных образцов рафинированных дезодорированных растительных масел по сравнению с контрольными образцами, приведены на рисунке.

Из данных, приведенных на рисунке, видно, что внесение в экспериментальные образцы рафинированных дезодорированных растительных масел ликопинсодержащей пищевой добавки оказывает положительное влияние на степень повышения устойчивости к окислению указанных образцов по отношению к контрольным образцам без внесения ликопинсодержащей пищевой добавки.

При этом видно, что варьирование содержания ликопина в экспериментальных образцах рафинированных дезодорированных растительных масел оказывает более значимое влияние на степень повышения их устойчивости к окислению по отношению к контрольным образцам при температуре ускоренного окисления 110 °С (рис., а ).

При 120 °С (рис., б ) указанная закономерность повторяется, но в меньшей степени, а при температуре ускоренного окисления 130°С (рис., в ) увеличение содержания ликопина в экспериментальных образцах не оказывает значимого влияния на изменение степени повышения их устойчивости к окислению по отношению к контрольным образцам. Это можно объяснить тем, что более высокая температура окисления в присутствии кислорода ускоряет процесс частичной деградации термолабильного ликопина.

Содержание ликопина, мг/100 г            в

Влияние содержания ликопина в экспериментальных образцах рафинированных дезодорированных подсолнечном (zz), соевом (о ) и рапсовом (   ) маслах на степень повышения их ус тойчивости к окислению по отношению к контрольным образцам при температуре ускоренного окисления 110 °С (а), 120 °С (б) и 130 °С (в)

The effect of lycopene content in experimental samples of refined deodorized sunflower ( ш ),soybean ( о )and rapeseed ( о ) oils on the degree of increase in their oxidation stability in relation to control samples at an accelerated oxidation temperature of 110 °C (a), 120 °C (б) and 130 °C (в)

Таким образом, для оценки влияния лико-пинсодержащей пищевой добавки на устойчивость к окислению исследуемых масел наиболее информативны данные рисунка а , согласно которым для повышения устойчивости к окислению рафинированных дезодорированных подсолнечного и соевого масел на 71,3 и 74,4 % соответственно по отношению к контрольным образцам содержание ликопина в указанных маслах должно соответствовать 5 мг/100 г.

Для рафинированного дезодорированного рапсового масла содержание 1 мг/100 г позволяет повысить его устойчивость к окислению на 14,2 % по отношению к контрольному образцу. Дальнейшее увеличение содержания ликопина незначительно влияет на степень повышения его устойчивости к окислению.

Заключение . В результате проведенного исследования методом дифференциально сканирующей калориметрии подтверждено определяющее влияние состава и соотношения жирных кислот на устойчивость к окислению рафинированных дезодорированных растительных масел. По устойчивости к окислению исследуемые образцы растительных масел располагаются в следующем ряду (в порядке возрастания): соевое → подсолнечное → рапсовое.

Установлено положительное влияние лико-пинсодержащей пищевой добавки, полученной по разработанной технологии из выжимок тома- тов и отличающейся высоким содержанием ликопина, на повышение устойчивости к окислению рафинированных дезодорированных подсолнечного, соевого и рапсового масел.

Установлено, что для обеспечения высокой устойчивости к окислению образцов рафинированных дезодорированных подсолнечного и соевого масел необходимо внесение такой дозировки ликопинсодержащей пищевой добавки, которая обеспечивает содержание ликопина в указанных маслах 5 мг/100 г, а для рафинированного дезодорированного рапсового масла необходима такая дозировка ликопинсодержа-щей пищевой добавки, которая обеспечивает содержание ликопина 1 мг/100 г.

Новизна полученных результатов заклюю-чается в обосновании эффективности применения ликопинсодержащей пищевой добавки, полученной по разработанной технологии из выжимок томатов и отличающейся высоким содержанием ликопина, для повышения устойчивости к окислению рафинированных дезодорированных растительных масел. Дальнейшие исследования будут направлены на разработку эмульсионно-жировых продуктов питания с заданными свойствами с применением в качестве рецептурных компонентов рафинированных дезодорированных подсолнечного, соевого и рапсового масел, обогащенных ликопинсодержа-щей пищевой добавкой.