Изучение элементов химического состава пищевых продуктов (на примере жирорастворимых витаминов)

    Прессовая технология

    Прессовая технология применяется для извлечения витаминизированных масел из индивидуальных видов и смешанного растительного сырья.

    Классическая  прессовая технология основана на извлечении масла прессованием сырья, подвергнутого  влаготепловой обработке.

    Наиболее  доступны извлечению свободные липиды, сосредоточенные в сферосомах и представляющие энергетический ресурс семян при прорастании. Витаминные компоненты находятся преимущественно в связанной, трудно извлекаемой фракции липидов.

    Масло получают из измельченного сырья. При  измельчении значительная часть клеток разрушается, масло выходит из сферосом и образует непрерывную пленку, соединяющую так называемые гелевые частицы, состоящие в основном из белка и прочно связанной с ним водной фазы клеток.

    В измельченном материале (мятке) липиды приходят в соприкосновение с ферментами, изолированными от них в интактных клетках. Во избежание деструкции липидов под действием гидролаз и оксидоредуктаз проводят кратковременное прогревание. Так, инактивацию ферментов в подсолнечной мятке проводят путем прогревания острым паром в течение 14-16 с, до температуры 80-85 °С, при увлажнении до 8-9%. Увлажнение сырья снижает стабильность ферментов.

    Следующая стадия – влаготепловая обработка  в так называемых жаровнях, где мятку выдерживают продолжительное время при высокой температуре и медленном перемешивании (21-26 об/мин). В процессе жарения влажность материала постепенно снижается.

    Режим жарения зависит от вида сырья  и способа последующей обработки. Полученная в результате влаготепловой  обработки так называемая мезга  поступает на прессование. Используют схемы однократного, двукратного прессования и форпрессования-экстракции. При двукратном прессовании жмых, полученный при первом прессовании (форпрессовании), измельчают и вновь подвергают жарению перед окончательным прессованием. В схеме форпрессования-экстракции масло из форпрессового жмыха извлекают экстракцией углеводородными растворителями.

    При влаготепловой обработке в начальной  стадии процесса происходит ограниченное набухание белков, затем их денатурация и агрегирование. Эти изменения структуры белка сопровождаются вытеснением масла из материала. На уровне микроструктуры происходит разделение гелевой фазы и фазы масла. При высокой температуре вязкость масла снижается, и оно хорошо отделяется на прессах. При исходной масличности подсолнечного ядра до 70%, масличность жмыха после окончательного прессования составляет 6%.

    В настоящее время, когда качеству и нативности продуктов уделяется все большее внимание, метод мягкого съема может быть вновь востребован. Нами этот метод использован при разработке способа получения витаминизированного подсолнечного масла из смешанного сырья.

    Для извлечения жирорастворимых витаминов  из сырья с масличностью 5% и ниже прессование совершенно непригодно. Такой вид препаратов, как липидные витаминные продукты из сочных плодов, имеющие наиболее высокую концентрацию каротиноидов и токоферолов, могут быть получены только экстракционным методом.

    Классическая  прессовая технология неприменима  к сырью созначительным содержанием крахмала (зародыши злаков, отруби). Таким образом, классическая прессовая технология может быть рекомендована для получения витаминизированных масел из сырья с достаточно высокой масличностью и низким содержанием крахмала.

    Экстракция  этанолом

    Экстракция  этанолом используется при получении витаминизированных масел из индивидуальных видов и смешанного сырья, липидных витаминных продуктов, а также экстрактов растительного сырья как источников каротиноидов и токоферолов при выделении их водорастворимых препаратов.

    Являясь веществом промежуточной полярности, этанол хорошо контактирует как с гидрофильными, так и с гидрофобными участками клеточных структур, что обеспечивает быстрое проникновение в сырье и высокую интенсивность массообмена в процессе экстракции.

    Концентрированный этанол при температуре кипения хорошо экстрагирует триглицериды, каротиноиды и токоферолы. В присутствии этанола ослабляются белково-липидные взаимодействия, и прочносвязанные жирорастворимые витамины переходят в свободную форму, доступную экстракции.

    Спирто-масляная и масляная экстракция

    Спирто-масляная экстракция используется при получении  витаминизированных масел из низкомасличного сырья. Она может быть рекомендована в двух случаях. Во-первых, для извлечения витаминов из сырья с очень низкой масличностью, когда с помощью спиртовой экстракции нельзя получить витаминизированное масло или ЛВП с технологически значимым выходом по массе и содержанию витаминов. Во-вторых, когда из сырья можно извлечь этанолом масло и витамины с достаточной полнотой, но витаминный препарат имеет форму липидного продукта, что неудобно при его использовании.

    Примером  первой категории является получение  масляных растворов каротиноидов из томатного сырья. К числу разновидностей сырья с очень низкой масличностью, к которым целесообразно применять спирто-масляную экстракцию, относятся также плоды шиповника, рябины, калины.

    Недостаток  метода – изменение жирнокислотного  состава витаминного препарата, который соответствует уже не сырью, а маслу-экстрагенту (вклад  жирнокислотного состава сырья  невелик). Однако этот недостаток значителен лишь в тех случаях, когда сырье содержит особо ценные жирные кислоты, отсутствующие в масле-экстрагенте.

    Разнообразие  растительного витаминного сырья, его технологических свойств  предполагает возможность различных  путей его переработки.

    Основным  элементом технологии препаратов растительных жирорастворимых витаминов является способ извлечения витамина или витаминов  из сырья. Выбор способа извлечения определяет и процедуры подготовки сырья к основному технологическому этапу, и характер заключительных операций при получении продукта.

2. Практическая  часть

2.1 Характеристика количественных и качественных методов определения содержания жирорастворимых витаминов

    При анализе витаминов широко используются различные цветные реакции, которые развиваются благодаря характерным функциональным группам и химическим связям. Эти реакции применяются для обнаружения витаминов в реакционных смесях или пищевых средах. При анализе пищевых сред прибегают к предварительному измельчению пищевого сырья и продуктов с последующим экстрагированием специфическими растворителями.

    Витамины, являясь по химической природе весьма разными соединениями, требуют разнообразных методов количественного определения. Кроме того, витамины, как правило, содержатся в объектах в ничтожно малых количествах, что требует использования методов высокой точности и связанной с ними сложной и дорогостоящей аппаратуры. Их анализ осложнен тем, что пищевые среды – многокомпонентные системы. Поэтому требуется либо проведение предварительной глубокой очистки витаминов от сопутствующих компонентов, либо использование строго специфических методов. Все методы количественного определения подразделяются на химические, физико-химические и биологические.

    Химические  методы используются, как правило, в том случае, когда витамин в исследуемом объекте присутствует в достаточно большом количестве при наличии ярко выраженных специфических химических свойств. Для экстрагирования применяют растворы уксусной, трихлоруксусной, щавелевой и метафосфорной кислот. В пробоподготовке для удаления различных примесей используют методы осаждения, различные хроматографические методы. При анализе объектов, содержащих пигменты, применяют титрование в присутствии органических растворителей (хлороформ, ксилан, изометилацетат), экстрагирующих избыток красителя. Для количественного определения витаминов используют поглощение в УФ-области спектра (витамины D, Е), газожидкостную хроматографию (пантотеновая кислота), флуорометрические методы (фолиевая кислота, витамин К).

    Количественное определение витамина А

    Реакция с треххлористой сурьмой используется и для количественного определения. Синюю окраску сравнивают со стандартной  шкалой так называемых синих единиц. Принцип метода определения витамина A. Метод основан на реакции витамина A с треххлористой сурьмой в хлороформе с образованием синей окраски, интенсивность которой прямо пропорциональна содержанию витамина A. Предварительно проводят щелочной гидролиз жира, экстракцию витамина A органическим растворителем и отделение его от других соединений с помощью адсорбционной хроматографии.

    Количественное  определение витамина А в рыбьем жире

    Метод основан на колориметрическом определении  интенсивности окраски, которая образуется при реакции витамина А с треххлористой сурьмой в присутствии уксусного ангидрида.

    Определение витаминов A, D, E.

    Сущность  метода заключается в омылении навески  премикса водно-спиртовым раствором  гидроокиси калия, экстракции витаминов  А, D,E гексаном с последующим определением витаминов на жидком хроматографе.

    Определение витаминов A, E обращено-фазной высокоэффективной жидкостной хроматографией. Сущность метода заключается в экстракции витаминов A (ретинола ацетат) E (α-токоферола ацетат) из премикса изопропиловым спиртом и последующем анализе содержания витаминов с использованием жидкостного хроматографа”Милихром”. Проведений реакций указано в приложении B.

    Качественные  реакции:

    витамин A: Витамин А в присутствии хлороформного раствора треххлористой сурьмы приобретает синюю окраску. Механизм реакции неизвестен. При добавлении концентрированной серной кислоты витамин А дает красное окрашивание, переходящее в красно-бурое, а при реакции с сульфатом железа (II) в кислой среде дает красно-розовое соединение. Каротины дают при этой реакции зеленое окрашивание.

    Витамин E: Взаимодействие α-токоферола с концентрированной азотной кислотой приводит к окрашиванию реакционной смеси в красный цвет. Это обусловлено тем, что продукт окисления α-токоферол имеет хиноидную структуру. При взаимодействии с хлорным железом (III) α-токоферол окисляется до α-токоферилхинона – соединения, окрашенного в красный цвет.

    Витамин D: Бромхлороформная проба: На часовое стекло наносят 3 капли рыбьего жира (раствора витамина D в масле) и прибавляют 3-5 капель раствора брома в хлороформе. В присутствии витамина D появляется зеленовато-голубой цвет. Под часовое стекло следует предварительно подложить лист белой бумаги.

    Витамин К: Реакция с диэтилдитиокарбаматом натрия. В пробирку вносят 1 мл спиртового раствора викасола, а затем 2 мл 0,05% спиртового раствора диэтилдитиокарбамата натрия и 2,5 мл 4% спиртового раствора NaOH. При наличии витамина наблюдают появление голубого окрашивания.

    Реакция с цистеином: На часовое стекло наносят 5 капель 0,05% спиртового раствора викасола, 5 капель 0,025% спиртового раствора цистеина и 1 каплю 10% раствора гидроксида натрия. Наблюдают лимонно-желтое окрашивание.

     2.2 Анализ содержания жирорастворимых витаминов в образцах пищевых продуктов

    Витамин D: Реакция с анилиновым реактивом: в пробирку вносят 2 капли масляного раствора витамина D в хлороформе или рыбьего жира, добавляют 3 капли анилинового реактива и осторожно нагревают до появления красного окрашивания. Пробирку оставляют в штативе остывать. Через несколько минут эмульсия разделяется. Нижний слой при наличии витамина в исходном материале окрашивается в интенсивно красный цвет.

    Витамина  А в рыбьем жире. Метод основан на колориметрическом определении интенсивности окраски, которая образуется при реакции витамина А с треххлористой сурьмой в присутствии уксусного ангидрида. Реакция с треххлористой сурьмой. В сухую пробирку вносят две капли масляного раствора витамина А (свежего рыбьего жира) и добавляют 2—3 капли 33% -го хлороформного раствора треххлористой сурьмы; при смешивании содержимое пробирки окрашивается в синий цвет. Колориметрический метод определения витамина A с треххлористой сурьмой широко используется для определения содержания витамина A в пищевых продуктах как в нашей стране, так и за рубежом. Для определения содержания бета-каротина (провитамина A) применяют спектрофотометрический метод после отделения его от каротиноидов на окиси алюминия или других адсорбентах. 

    Методы  прошли широкую апробацию в различных  лабораториях, отраслевых институтах пищевой промышленности и кафедр гигиены и питания медицинских институтов, одобрены Минздравом СССР и рекомендованы для практического использования Междуведомственной комиссией по составлению таблиц "Химический состав пищевых продуктов".