CC BY
131
УДК 664.34:547.953.2 DOI 10.24411/2311-6447-2020-10027
Определение эффективного соотношения соевого ледитина и четыреххлористого углерода для снижения степени мицеллообразования в системе «фосфолипиды-триацилглидерины-свободные
жирные кислоты»
Determination of the effective ratio of soy lecithin and carbon tetrachloride to reduce the degree of micelle formation in the system «phospholipids-triacylglycerines-free fatty acids »
Гл. науч. сотрудник Е.П. Викторова, ст. науч. сотрудник Е.В. Лисовая, мл. науч. сотрудник М.Р. Жане
(Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции - филиал ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия») отдел пищевых технологий, контроля качества и стандартизации, тел. (861)252-06-40 E-mail: [email protected]
Chief researcher Е.Р. Viktorova, Senior Researcher E.V. Lisovaya, Junior Researcher M.R. Zhane
(Krasnodar research Institute for storage and processing of agricultural products-branch of the North Caucasus Federal scientific center for horticulture, viticulture, and winemaking) department of food technologies, quality control, and standardization, tel. (861) 252-06-40 E-mail: [email protected]
Реферат. Проведены исследования по разработке способа определения кислотного числа жидких соевых лецитинов на основе импульсного метода ядерного магнитного резонанса. Целью исследования являлось определение эффективного соотношения «соевый лецитин - CCU» для снижения степени мицеллообразования в системе «фосфолипнды - триацнлглицернны - свободные жирные кислоты» с целью дальнейшей разработки способа определения кислотного числа жидких соевых лецитинов с помощью импульсного метода ядерного магнитного резонанса. Показано различие в способности к мпцеллообразованию подсолнечных, рапсовых и соевых лецитинов, причем фосфолппиды соевых лецитинов имеют наиболее низкую способность к мицеллообразованию по сравнению с фосфолнпи-дами подсолнечных и рапсовых лецитинов. В результате исследования ядерно-магнитных релаксационных характеристик отдельных компонент, содержащихся в жидком соевом лецитине и в системе «соевый лецитин - CCli» в соотношении 1:3, выявлено, что после внесения четыреххлористого углерода в систему в указанном соотношении наблюдается изменение времен спин-спиновой релаксации и амплитуд сигналов ЯМР протонов четырех компонент, содержащихся в лецитине, что свидетельствует об их количественном перераспределении, причем значительно увеличивается доля индивидуальных молекул триацилглицеринов, свободных жирных кислот и фосфолипидов за счет снижения степени мицеллообразования молекул фосфолипидов и степени ассоциации молекул триацилглицеринов и свободных жирных кислот. Таким образом, эффективным соотношением соевого лецитина и четыреххлористого углерода для снижения степени мицеллообразования в системе «фосфолипиды - триа-цилглицерины - свободные жирные кислоты» является 1:3 (по массе), что имеет важное практическое значение для разработки способа определения кислотного числа соевого лецитина с помощью импульсного метода ядерного магнитного резонанса.
С Викторова Е.П., Лисовая Е.В., Жане М.Р., 2020
Summary. The relevance of research on the development of a method for determining the acid number of liquid soy lecithins based on the pulsed method of nuclear magnetic resonance is shown. The aim of the study was to determine the effective ratio of «soy lecithin- CCli» to reduce the degree of micelle formation in the «phospholipids - triacylglycerines - free fatty acids» system in order to further develop a method for determining the acid number of liquid soy lecithins using the pulsed nuclear magnetic resonance method. The difference in the ability to micelle formation of sunflower, rapeseed and soy lecithins is shown, and the phospholipids of soy lecithins have the lowest ability to micelle formation in comparison with the phospholipids of sunflower and rapeseed lecithins. As a result of the study of nuclear magnetic relaxation characteristics of individual components contained in liquid soy lecithin and in the system «soy lecithin - ССЦ» in a ratio of 1:3, it was found that after adding carbon tetrachloride to the system in this ratio, there is a change in the spin-spin relaxation times and the amplitudes of the NMR signals of the protons of the four components contained in lecithin, which indicates their quantitative redistribution, and the proportion of individual triacylglycerine molecules, free fatty acids and phospholipids significantly increases, due to a decrease in the degree of micelle formation of phospholipid molecules and the degree of Association of triacylglycerine molecules and free fatty acids. Thus, the effective ratio of soy lecithin and carbon tetrachloride to reduce the degree of micelle formation in the «phospholipids - triacylglycerines -free fatty acids» system is 1:3 (by weight), which is of great practical importance for developing a method for determining the acid number of soy lecithin using the pulsed nuclear magnetic resonance method.
Ключевые слова: фосфолиппды, соевые лецитины, четыреххлористый углерод, ядерно-магнитные релаксационные характеристики.
Keywords: phospholipids, soy lecithins, carbon tetrachloride, nuclear magnetic relaxation characteristics.
Широкое применение лецитинов в качестве пищевых добавок в производстве различных продуктов питания, обусловленное уникальными технологическими и функциональными свойствами лецитинов, требует разработки методов оперативного контроля их показателей качества. В работах [1-3] приведены данные, подтверждающие эффективность применения импульсного метода ядерного магнитного резонанса для определения кислотных чисел жидких подсолнечных и жидких рапсовых лецитинов. Разработанные способы определения кислотных чисел жидких подсолнечных и жидких рапсовых лецитинов на основе метода ЯМР предусматривают специальную пробоподготовку образцов лецитинов, позволяющую путем предварительного растворения образца лецитина в неполярном апротонном растворителе - четыреххлористом углероде (ССк) в определенном соотношении, снизить степень мицеллообразования фосфолжпидов и степень ассоциации свободных жирных кислот, и тем самым увеличить количество реакционноспособных молекул кислых форм фосфолипидов и молекул свободных жирных кислот в системе «фосфолипиды - триацилглицерины - свободные жирные кислоты».
Следует отметить, что лецитины, полученные из соевых масел, являются наиболее распространенным видом коммерческих лецитинов, что обусловлено большими объемами мирового производства соевого масла, а также площадями посевов сои по сравнению с подсолнечником и рапсом [4, 5]. Это обстоятельство подтверждает актуальность проведения исследований по разработке способа определения кислотного числа жидких соевых лецитинов на основе импульсного метода ядерного магнитного резонанса.
Ранее нами были установлены различия ядерно-магнитных релаксационных характеристик жидких подсолнечных, рапсовых и соевых лецитинов, обусловленные особенностями качественного и количественного состава жирных кислот в триацилглицеринах и фосфолипидах, содержащихся в лецитинах.
Таким образом, для разработки способа определения кислотного числа жидких соевых лецитинов с помощью импульсного метода ядерного магнитного резонанса в первую очередь необходимо определить эффективное соотношение «соевый лецитин - СС1-1» для снижения степени мицеллообразования в системе «фосфолипиды - триацилглицерины - свободные жирные кислоты».
Для этого исследовали влияние четыреххлористого углерода на сумму амплитуд сигналов ЯМР протонов четырех компонент, содержащихся в жидких соевых лецитинах. Это позволяет количественно оценить снижение степени мицеллообра-зования фосфолипидов, а также снижение степени ассоциации свободных жирных кислот, содержащихся в лецитинах.
Модельные системы готовили путем добавления к навеске лецитина, равной 5 г, четыреххлористого углерода в различных соотношениях по массе. В качестве контрольного образца был принят образец соевого лецитина без добавления четыреххлористого углерода. Ядерно-магнитные релаксационные характеристики определяли на ЯМР-анализаторе АМВ-1006 М при температуре 23 °С.
На рис. 1 приведена диаграмма изменения значений суммы амплитуд сигналов ЯМР протонов четырех компонент (АСИс), содержащихся в соевом лецитине, при разных соотношениях «лецитин - ССЬ». Анализ рис. 1, позволяет определить эффективное соотношение «соевый лецитин - ССк», равное 1:3, обеспечивающее максимальное количество протонов в системе «фосфолипиды - триацилглицерины -свободные жирные кислоты» благодаря снижению степени мицеллообразования фосфолипидов и снижению степени ассоциации свободных жирных кислот.
Ранее было установлено, что для максимального снижения степени мицеллообразования в системе «фосфолипиды - триацилглицерины - свободные жирные кислоты» подсолнечного лецитина эффективным соотношением «лецитин - СО4» является соотношение 1:5, а для рапсового лецитина - 1:4, т.е. эффективное соотношение для соевого лецитина ниже, чем для подсолнечного и рапсового.
Соот-
1:4,0 1:3,5 1:3,0 1:2,5 1:2,0 1:1,5 1:1,0 Контроль
194
38 38
16
1681
| 674|
I 668
647
300 350
400
450 А,
500 550 сис, отн. ед.
600 650
700
Рис. 1. Зависимость амплитуд сигнсипов ЯМР протонов соевоао леи,ит.ина (Асис) от соотношения «лецитин - ССЫ»
Это можно объяснить различной способностью указанных лецитинов к ми-целлообразованию, которая характеризуется значениями критической концентрации мицеллообразования (ККМ1 и ККМ2), причем, чем ниже значение ККМ, тем выше способность к мицеллообразованию.
В табл. 1 приведена сравнительная оценка способности к мицеллообразованию подсолнечных, рапсовых и соевых лецитинов.
Таблица 1
Сравнительная оценка способности к мицеллообразованию лецитинов
Лецитин Значение ККМ, % при 20 °С
KKMi ккм2
Подсолнечный 0,098 0,206
Рапсовый 0,130 0,263
Соевый 0,148 0,280
Приведенные в табл. 1 данные подтверждают более низкую способность к мицеллообразованию фосфолипидов соевых лецитинов по сравнению с фосфоли-пидами подсолнечных и рапсовых лецитинов, что обусловлено особенностями состава индивидуальных групп фосфолипидов указанных лецитинов, а также большим содержанием в соевых лецитинах негидратируемых форм фосфолипидов, которые представляют собой комплексные соединения фосфатидилсеринов, фос-фатидилинозитолов и фосфатидных кислот с металлами.
На следующем этапе проводили исследование влияния четыреххлористого углерода на значения ядерно-магнитных характеристик отдельных компонент, содержащихся в жидком соевом лецитине. В табл. 2 приведена сравнительная оценка значений времени спин-спиновой релаксации протонов компонент соевого лецитина и системы «соевый лецитин - ССк» при соотношении, равном 1:3.
Таблица 2
Сравнительная оценка значений времени спин-спиновой релаксации протонов компонент соевого лецитина и системы «соевый лецитин - СС14»
Показатель Значение показателя для
соевого лецитина (контроль) системы «соевый лецитин -ССЦ»
Время спин-спиновой релаксации протонов компонент, мс: первой (Tai) 100 394
второй (Т22) 22 37
третьей (Т23) 4 5
четвертой (Т24) 2 2
Из приведенных данных видно, что при внесении в систему четыреххлористого углерода в соотношении 1:3 значение времени спин-спиновой релаксации протонов первой компоненты, характеризующей индивидуальные молекулы три-ацилглицеринов и свободных жирных кислот, содержащихся в лецитине, увеличилось значительно (почти в 4 раза). Время спин-спиновой релаксации протонов второй компоненты, характеризующей молекулы триацилглицеринов и свободных жирных кислот в виде ассоциатов низких порядков, содержащихся в лецитине, увеличилось почти в 1,7 раза, а время спин-спиновой релаксации протонов третьей и четвертой компонент, характеризующих молекулы фосфолипидов в виде мицелл низких и высоких порядков, практически не изменилось. В табл. 3 приведены значения амплитуд сигналов ЯМР протонов компонент соевого лецитина и системы «соевый лецитин - ССк» при соотношении, равном 1:3.
Таблица 3
Значения амплитуд сигналов ЯМР протонов компонент соевого лецитина и системы «соевый лецитин - ССЦ»
Значение показателя для
Показатель соевого лецитина (контроль) системы «соевый лецитин -ССЦ»
Амплитуда сигналов ЯМР протонов компонент, отн. ед.: первой 89 346
второй 139 110
третьей 151 215
четвертой 115 17
Сумма амплитуд сигналов ЯМР протонов компонент (Acne), отн.ед. 494 688
Из приведенных в табл. 3 данных видно, что в системе «соевый лецитин -ССЦ» значения амплитуд сигналов ЯМР протонов первой и третьей компонент увеличиваются по сравнению с контролем, причем значение амплитуды сигналов ЯМР протонов первой компоненты увеличивается значительно. Значения амплитуд сигналов ЯМР протонов второй и четвертой компонент в указанной системе снижаются по сравнению с контролем. Такое изменение значений амплитуд сигналов ЯМР протонов компонент в системе «соевый лецитин - ССЦ» по сравнению с контролем свидетельствует о количественном перераспределении компонент в соевом лецитине после внесения четыреххлористого углерода, причем увеличивается и количество резонирующих протонов в системе в целом, что подтверждается увеличением суммы амплитуд сигналов ЯМР протонов компонент.
В табл. 4 приведена сравнительная оценка содержания протонов компонент в соевом лецитине и в системе «соевый лецитин - ССЦ» при соотношении 1:3, а на рис. 2 показано влияние ССЦ на изменение содержания компонент соевого лецитина по сравнению с контролем.
Таблица 4
Сравнительная оценка содержания протонов компонент в соевом лецитине
и в системе «соевый лецитин - СС14»
Значение показателя для
Показатель соевого лецитина (контроль) системы «соевый лецитин -ССЦ»
Содержание протонов компонент, % к сумме (Acne):
первой 18,0 50,2
второй 28,1 16,0
третьей 30,6 31,3
четвертой 23,3 2,5
Изменение содержания компонент лецитина,
% по сравнению с контролем
35 30 25 20 15 10 5 0 -5 ■10 ■15 ■20 ■25
32,2
0,7
HZZ -20,8
*
первая вторая третья четвертая
Рис. 2. Влияние ССи на изменение содержания компонент соевого лецитина по сравнению с контролем (без ССи)
Из приведенных в табл. 4 и на рис. 2 данных видно, что при внесении в систему четыреххлористого углерода в соотношении 1:3 значительно увеличивается доля первой компоненты, характеризующей индивидуальные молекулы триацилг-лицеринов и свободных жирных кислот, за счет высвобождения молекул триа-цилглицеринов и свободных жирных кислот из ассоциатов низких порядков (снижение доли второй компоненты). Кроме этого, доля первой компоненты увеличивается в результате высвобождения молекул фосфолипидов из мицелл (снижение доли четвертой компоненты) и нахождения их в системе в большей степени в виде индивидуальных молекул, в меньшей степени - в виде мицелл низких порядков (третья компонента).
Таким образом, установлено эффективное соотношение соевого лецитина и четыреххлористого углерода для снижения степени мицеллообразования в системе «фосфолипиды - триацилглицерины - свободные жирные кислоты», равное 1:3 (по массе). Это имеет важное практическое значение для разработки способа определения кислотного числа соевого лецитина с помощью импульсного метода ядерного магнитного резонанса.
ЛИТЕРАТУРА
1. Исследование возможности применения метода ядерно-магнитной релаксации для определения кислотного числа подсолнечных лецитинов / Е.П. Викторова, О.С. Агафонов, С.М. Прудников [и др.]// Новые технологии. - 2018. - №3. -С. 13-20.
2. Пат.2690022 Российская Федерация, МПК7 G01N 24/08. Способ определения кислотного числа подсолнечного лецитина / Викторова Е.П., Агафонов О.С., Шахрай Т.А. [и др.]; заявитель и патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия» (ФГБНУ СКФНЦСВВ). - № 2018127428; заявл. 25.07.2018; опубл. 30.05.2019, Бюл. № 16. - 8 с.
3. Инструментальный метод определения кислотного числа рапсовых лецитинов/ Е.П. Викторова, О.С. Агафонов, Е.В. Лисовая [и др.] // Известия ВУЗов. Пищевая технология. - 2019. -№ 5-6. - С. 96-98.
4. Анализ состояния и перспективы развития селекции и семеноводства масличных культур: науч. аналит. обзор / В.Ф. Федоренко [и др.]. - М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2019 - 96 с.
5. Лисовая Е.В. Анализ ассортимента лецитинов, представленных на российском рынке / Е.В. Лисовая, Е.П. Викторова, В.В. Лисовой // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания. -2019. - №2. - С. 51-55.
REFERENCES
1. Issledovanie vozmozhnosti primeneniya metoda yaderno-magnitnoj relaksacii dlya opredeleniya kislotnogo chisla podsolnechnyh lecitinov [Investigation of the possibility of using the nuclear magnetic relaxation method to determine the acid number of sunflower lecithins], E.P. Viktorova, O.S. Agafonov, S.M. Prudnikov i dr., Novye tekhnologii, 2018, No 3, pp. 13-20 (Russian).
2. Pat.2690022 Rossijskaya Federaciya, MPK7 G01N 24/08. Sposob opredeleniya kislotnogo chisla podsolnechnogo lecitina [Method for determining the acid number of sunflower lecithin], Viktorova E.P., Agafonov O.S., SHahraj T.A. i dr.; zayavitel' i patentoobladatel': Federal'noe gosudarstvennoe byudzhetnoe nauchnoe uchrezhdenie «Severo-Kavkazskij federal'nyj nauchnyj centr sadovodstva, vinogradarstva, vinodeli-ya» (FGBNU SKFNCSW), No 2018127428; zayavl. 25.07.2018; opubl. 30.05.2019, Byul. No 16, 8 p. (Russian).
3. Instrumental'nyj metod opredeleniya kislotnogo chisla rapsovyh lecitinov [Instrumental method for determining the acid number of rapeseed lecithins], E.P. Viktorova, O.S. Agafonov, E.V. Lisovaya i dr., Izvestiya VUZov. Pishchevaya tekhnologiya, 2019, No 5-6, pp. 96-98 (Russian).
4. Analiz sostoyaniya i perspektivy razvitiya selekcii i semenovodstva maslichnyh kul'tur [Analysis of the state and prospects of development of selection and seed production of oilseeds]: nauch. analit. obzor, V.F. Fedorenko i dr., Moscow: FGBNU «Rosinformagrotekh», 2019, 96 p. (Russian).
5. Lisovaya E.V., Viktorova E.P., Lisovoj V.V. Analiz assortimenta lecitinov, pred-stavlennyh na rossijskom rynke [Analysis of the range of lecithins available on the Russian market] Tekhnologii pishchevoj i pererabatyvayushchej promyshlennosti APK - produkty zdorovogo pitaniya, 2019, No 2, pp.51-55 (Russian).
