CC BY
29
УДК 664.3.014
05.00.00 Технические науки
РАЗРАБОТКА ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОГО ЭКСПРЕСС-СПОСОБА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА СОЕВЫХ ЛЕЦИТИНОВ
Викторова Елена Павловна д.т.н., профессор РИНЦ БРШ-код: 9599-4760
Руснак Глеб Витальевич РИНЦ БРШ-код: 7475-6621
Прудников Сергей Михайлович
д.т.н., профессор
РИНЦ БРШ-код: 3081-4249
Агафонов Олег Сергеевич к.т.н., РИНЦ БРШ-код: 2906-7410
Лисовая Екатерина Валерьевна к.т.н., РИНЦ БРШ-код: 9560-2395
Шахрай Татьяна Анатольевна к.т.н., доцент, РИНЦ БРШ-код: 8248-0012 ФГБНУ «Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции», Россия, 350072, г. Краснодар, ул. Тополиная аллея, д.2 [email protected]
В статье приведены данные, на основании которых сделан вывод о том, что масло и фосфолипиды, содержащиеся в соевых лецитинах, по степени ненасыщенности жирных кислот значительно отличаются от масла и фосфолипидов, содержащихся в подсолнечных лецитинах, при этом различия степени ненасыщенности жирных кислот масла и фосфолипидов, содержащихся в подсолнечных и соевых лецитинах, обусловливают различия в содержании резонирующих протонов, а, следовательно, и уровень значений амплитуд ЯМР сигналов протонов исследуемых лецитинов. Установлено, что значения амплитуд ЯМР сигналов протонов каждой из четырех компонент подсолнечных лецитинов отличаются от значений амплитуд ЯМР-сигналов протонов компонент соевых лецитинов, что подтверждает различия в составе и содержании жирных кислот исследуемых лецитинов. Учитывая, что количественной характеристикой массовой доли веществ, нерастворимых в ацетоне, то есть фосфолипидов, является сумма амплитуд ЯМР сигналов протонов третьей (А3) и четвертой (А4) компонент, построена графическая зависимость массовой
UDC 664.3.014 Technical Sciences
DEVELOPMENT OF ECOLOGICALLY SAFE EXPRESS-METHOD FOR QUALITY EVALUATION OF SOYBEAN LECITHINS
Victorova Elena Pavlovna
Doctor of Technical Sciences, professor
RISC SPIN-code: 9599-4760
Rusnak Gleb Vitalyevich RISC SPIN-code: 7475-6621
Prudnikov Sergey Mikhailovich Doctor of Technical Sciences, professor RISC SPIN-code: 3081-4249
Agafonov Oleg Sergeevich Candidate of Technical Sciences, RISC SPIN-code: 2906-7410
Lisovaya Ekaterina Valerievna Candidate of Technical Sciences, RISC SPIN-code: 9560-2395
Shahray Tatiana Anatolyevna
Candidate of Technical Sciences, associate professor,
RISC SPIN-code: 8248-0012
Krasnodar Research Institute of Agricultural Products Storage and Processing», Russia, 350072, Krasnodar, Topolinaya alleya, 2 kisp@kubannet. ru
The article presents data, on the basis of which we have concluded that the oil and phospholipids contained in soy lecithins, the degree of unsaturation of fatty acids differ significantly from oil and phospholipids contained in sunflower lecithins, with differences in the degree of unsaturation of fatty acids of oil and phospholipids contained in sunflower and soy lecithins, leads to differences in the content of resonating protons, and, consequently, the level of amplitude values of NMR signals of protons of the investigated lecithins. It is established that the values of the amplitudes of the NMR signals of protons of each of the four components of sunflower lecithins differ from the values of the amplitudes of the NMR signals of protons the component of soy lecithins, which confirms the differences in the composition and content of fatty acids lecithins studied. Considering quantitative characteristic of mass fraction of substances insoluble in acetone, i.e. phospholipids, is the sum of the amplitudes of the NMR signals of protons of the third (A3) and fourth (A4) component, was built the graphical dependence of the mass fraction of substances insoluble in acetone, from the value of (A3+A4)/Asis, % which is described by the
доли веществ, нерастворимых в ацетоне, от значения (А3+А4)/Асис, %, которая описывается уравнением (коэффициент корреляции Я2=0,9911) следующего вида: у=0,8177х +2,52. На основании полученных данных разработан экспресс-способ определения массовой доли веществ, нерастворимых в ацетоне, в соевом лецитине, исключающий применение токсичных органических растворителей, то есть экологически безопасный способ, который защищен патентом РФ на изобретение
Ключевые слова: СОЕВЫЕ ЛЕЦИТИНЫ, ВЕЩЕСТВА, НЕРАСТВОРИМЫЕ В АЦЕТОНЕ, ФОСФОЛИПИДЫ, ЯДЕРНО-МАГНИТНАЯ РЕЛАКСАЦИЯ, ЯДЕРНО-МАГНИТНЫЕ РЕЛАКСАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, АНАЛИТИЧЕСКИЙ ПАРАМЕТР, ЭКСПРЕСС-СПОСОБ
Рок 10.21515/1990-4665-121-037
Известно, что лецитины, получаемые из растительных масел, широко используются в производстве продуктов питания, пищевых и биологически активных добавок [1-3], при этом в пищевой промышленности в основном используются подсолнечные и соевые лецитины.
Основным показателем качества лецитинов, от которого в значительной степени зависит уровень проявляемых ими технологических и физиологически функциональных свойств, является массовая доля веществ, нерастворимых в ацетоне, то есть собственно фосфолипидов.
Способ определения указанного показателя по методике, приведенной в ГОСТ 32052-2013 [4], имеет ряд недостатков, а, именно, время осуществления анализа составляет более 14 часов, при проведении анализа используются токсичные органические растворители - толуол и ацетон, а также точность и воспроизводимость результатов определения зависит от уровня квалификации исследователя, выполняющего анализ.
Известно, что метод ядерно-магнитной релаксации (ЯМР) позволяет исключить указанные недостатки существующего способа определения массовой доли веществ, нерастворимых в ацетоне, то есть собственно
equation (correlation coefficient R2=0,9911) of the following form: y=0,8177x +2.52. Based on these data, we have developed a rapid method of determining the mass fraction of substances insoluble in acetone, soy lecithin, eliminating the use of toxic organic solvents, is environmentally safe, which is protected by RF patent for the invention
Keywords: SOY LECITHIN, A SUBSTANCE INSOLUBLE IN ACETONE, PHOSPHOLIPIDS, NUCLEAR MAGNETIC RELAXATION, NUCLEAR MAGNETIC RELAXATION CHARACTERISTICS, ANALYTICAL PARAMETER, EXPRESS WAY
фосфолипидов, что было реализовано ранее в патенте РФ на изобретение [5].
Однако, разработанный способ определения массовой доли фосфолипидов (веществ, нерастворимых в ацетоне) [5] не учитывает особенности состава жирных кислот фосфолипидов и масла, содержащихся в соевых лецитинах, по сравнению с составом жирных кислот фосфолипидов и масла, содержащихся в подсолнечных лецитинах.
Учитывая, тот факт, что степень ненасыщенности жирных кислот, содержащихся в лецитине, обусловливает и количество резонирующих протонов в лецитине, а это, в свою очередь, приводит к изменению значений амплитуд ЯМР сигналов протонов отдельных компонент (Аь А2, А3, А4) и системы в целом (Асис).
Таким образом, известный способ [5] не может быть использован для оценки основного показателя качества соевых лецитинов - массовая доля веществ, нерастворимых в ацетоне, то есть фосфолипидов,
Учитывая это, необходима разработка экологически безопасного и экспрессного способа, обеспечивающего высокую точность и воспроизводимость результатов определения.
На первом этапе исследования изучали особенности состава жирных кислот, содержащихся в соевых и подсолнечных лецитинах.
С этой целью из исследуемых лецитинов выделяли масло и фосфолипиды (вещества, нерастворимые в ацетоне) по методике, приведенной в ГОСТ 32052-2013 [4], а состав и содержание жирных кислот определяли по методикам в соответствии с ГОСТ Р 51486-99 и ГОСТ 30418-96 [6, 7].
В таблицах 1 и 2 приведены результаты исследования.
Показано, что качественный состав жирных кислот масла и фосфолипидов, выделенных из одного и того же вида лецитинов, идентичен, при этом содержание насыщенных жирных кислот в
фосфолипидах, выделенных как из подсолнечных, так и из соевых лецитинов, выше, чем содержание насыщенных жирных кислот в масле, выделенном из соответствующих лецитинов.
Таблица 1 - Состав жирных кислот масла и фосфолипидов, содержащихся в подсолнечных лецитинах_
Наименование жирной кислоты Массовая доля жирной кислоты, % к сумме жирных кислот
масла фосфолипидов
Насыщенные жирные кислоты: 11,83 31,40
миристиновая С14:0 0,12 0,45
пальмитиновая С16:0 7,00 22,74
стеариновая С18:0 3,54 4,34
арахиновая С20:0 0,29 1,74
бегеновая С22:0 0,75 1,42
лигноцериновая С24:0 0,13 0,71
Мононенасыщенные жирные кислоты: 27,58 16,03
пальмитолеиновая С16:1 0,12 0,21
олеиновая С18:1 27,30 14,72
эйкозеновая С20:1 0,16 1,10
Полиненасыщенные жирные кислоты: 60,59 52,57
линолевая С18:2 60,38 52,32
линоленовая С18:3 0,21 0,25
Таблица 2 - Состав жирных кислот масла и фосфолипидов,
содержащихся в соевых лецитинах
Наименование жирной кислоты Массовая доля жирной кислоты, % к сумме жирных кислот
масла фосфолипидов
Насыщенные жирные кислоты: 16,49 40,89
миристиновая С14:0 0,09 0,26
пальмитиновая С16:0 11,21 32,11
стеариновая С18:0 4,48 7,14
арахиновая С20:0 0,31 0,34
бегеновая С22:0 0,28 0,88
лигноцериновая С24:0 0,12 0,16
Мононенасыщенные жирные кислоты: 22,73 14,41
пальмитолеиновая С16:1 0,12 0,22
олеиновая С18:1 22,40 13,97
эйкозеновая С20:1 0,21 0,22
Полиненасыщенные жирные кислоты: 60,78 44,70
линолевая С18:2 22,40 40,61
линоленовая С18:3 52,97 4,09
Следует отметить, что общее содержание полиненасыщенных
жирных кислот в масле, выделенном из подсолнечных и соевых
лецитинов, практически одинаково. Однако, в масле, выделенном из соевых лецитинов, содержание полиненасыщенной линоленовой кислоты значительно выше по сравнению с маслом из подсолнечных лецитинов и составляет 52,97 % для соевых и 0,21 % для подсолнечных лецитинов.
Кроме этого, содержание насыщенных жирных кислот в фосфолипидах, выделенных из соевых лецитинов, значительно выше, чем в фосфолипидах, выделенных из подсолнечных лецитинов, а содержание полиненасыщенных жирных кислот в фосфолипидах, выделенных из подсолнечных лецитинов, выше по сравнению с соевыми лецитинами.
На основании приведенных данных можно сделать вывод о том, что масло и фосфолипиды, содержащиеся в соевых лецитинах, по степени ненасыщенности жирных кислот значительно отличаются от масла и фосфолипидов, содержащихся в подсолнечных лецитинах.
Следует отметить, что различия степени ненасыщенности жирных кислот масла и фосфолипидов, содержащихся в подсолнечных и соевых лецитинах, обусловливают различия в содержании резонирующих протонов, а, следовательно, и уровень значений амплитуд ЯМР сигналов протонов исследуемых лецитинов.
Для подтверждения такого вывода на следующем этапе исследования измеряли ЯМР-характеристики - амплитуды ЯМР сигналов протонов (А;) каждой из четырех компонент лецитинов, при этом, как было установлено ранее в работе [8], первая из компонент характеризует молекулы триацилглицеринов (ТАГ) масла, находящиеся в лецитинах в виде индивидуальных молекул, вторая компонента характеризует молекулы ТАГ масла, находящиеся в лецитинах в виде ассоциатов-димеров, третья компонента характеризует молекулы фосфолипидов, находящиеся в лецитинах в виде ассоциатов высоких порядков, а четвертая компонента - молекулы фосфолипидов, находящиеся в лецитинах в виде мицелл.
Измерение ядерно-магнитных релаксационных характеристик лецитинов осуществляли на ЯМР-анализаторе АМВ-1006М второго поколения, а обработку экспериментальных данных проводили в соответствии с рекомендациями, приведенными в работе [9].
Для сравнения в таблице 3 приведены данные, характеризующие значения амплитуд ЯМР сигналов протонов четырех компонент подсолнечных и соевых лецитинов с массовой долей веществ, нерастворимых в ацетоне, равной 61,9 %, при температуре 23 0С.
Таблица 3 - Сравнительная оценка амплитуд ЯМР сигналов протонов подсолнечных и соевых лецитинов
Наименование ЯМР характеристики Значение ЯМР характеристики
отн. ед. % к сумме амплитуд Асис
Амплитуда ЯМР сигналов
первой компоненты лецитинов:
подсолнечных 79 8,5
соевых 76 8,4
Амплитуда ЯМР сигналов
второй компоненты лецитинов:
подсолнечных 255 27,3
соевых 167 18,5
Амплитуда ЯМР сигналов
третьей компоненты лецитинов:
подсолнечных 314 33,6
соевых 236 26,1
Амплитуда ЯМР сигналов
четвертой компоненты лецитинов:
подсолнечных 286 30,6
соевых 425 47,0
Из приведенных в таблице 3 данных видно, что значения амплитуд ЯМР сигналов протонов каждой из четырех компонент подсолнечных лецитинов отличаются от значений амплитуд ЯМР-сигналов протонов компонент соевых лецитинов, что подтверждает различия в составе и содержании жирных кислот исследуемых лецитинов.
Таким образом, зависимость, которая была приведена в известном патенте [5] не может быть использована для определения массовой доли веществ, нерастворимых в ацетоне, то есть фосфолипидов в соевых лецитинах.
Для разработки способа определения массовой доли веществ, нерастворимых в ацетоне, в соевых лецитинах были отобраны образцы лецитинов с различной величиной указанного показателя, который был определен в соответствии с ГОСТ 32052-2013 [4], затем в отобранных образцах измеряли амплитуды ЯМР сигналов протонов четырех компонент (А1,А2,Аз,А4) в процентах по отношению к амплитуде ЯМР сигналов протонов системы в целом (Асис) при температуре 23 °С.
Учитывая, что количественной характеристикой массовой доли веществ, нерастворимых в ацетоне, то есть фосфолипидов, является сумма амплитуд ЯМР сигналов протонов третьей (А3) и четвертой (А4) компонент, была построена графическая зависимость массовой доли веществ, нерастворимых в ацетоне, от значения (А3+А4)/Асис, % (рисунок).
и
3
|
Ен м
и
О «
Он
(О
к
«
и о
(I)
в
(О
и
ы к
О
4
Ч «
Й
о о
о «
67 65
ор 63
о
361 |
Д59
о
е57
а»
к
О 55 и
(О
я
и 53 51
49
т
У У
Л
у У
/
1
г • V о, ■?177х ( ? я?
= 0,9911 1
57 59 61 63 65 67 69 71 73
(А,+А4)/А™п.°о
5
79
Рисунок - Зависимость массовой доли веществ, нерастворимых в ацетоне, от суммы амплитуд сигналов ЯМР протонов третьей (А3) и четвертой (А4) компонент при температуре 23 °С
Представленная на рисунке зависимость описывается уравнением (коэффициент корреляции R =0,9911) следующего вида:
У=0,8177х+2,52, где у - массовая доля веществ, нерастворимых в ацетоне, %;
х - (А3+А4)/Асис, % . На основании полученных данных разработан экспресс-способ определения массовой доли веществ, нерастворимых в ацетоне, в соевом лецитине, исключающий применение токсичных органических растворителей, то есть экологически безопасный способ, который защищен патентом РФ на изобретение [10].
Литература
1. Герасименко Е.О. Пищевые растительные фосфолипиды, получение и тенденции применения / Е.О.Герасименко, Е.А. Бутина, Е.П. Корнена// Масложировая промышленность. -1999. - № 2.- С. 25-26.
2. Арутюнян Н.С. Фосфолипиды растительных масел/ Н.С. Арутюнян, Е.П. Корнена . - М.: Агропромиздат, 1986. - 256 с.
3. Тимофеенко Т.И. Фосфолипидные продукты функционального назначения/ Т.И. Тимофеенко, И.П. Артеменко, Е.П. Корнена -Краснодар:ТУ КубГТУ, 2002. - 210 с.
4. ГОСТ 32052-2013 Добавки пищевые. Лецитин Е 322. Общие технические условия». - М.: Стандартинформ, 2013. - 27 с.
5. Пат. № 2431140 Рос. Федерация. Способ определения содержания фосфолипидов в фосфолипидном концентрате (лецитине) // Корнена Е. П., Агафонов О.Г., Лисовая Е. В. [и др.]// заявл. 10.07.2010.; опубл. 10.10.2011.
6. ГОСТ Р 51486-99 Масла растительные и жиры животные. Получение метиловых эфиров жирных кислот.- М.: Изд-во стандартов, 1999.- 7 с.
7. ГОСТ 30418-96 Масла растительные. Метод определения жирнокислотного состава.- М.: Изд-во стандартов, 1999.- 11 с.
8. Агафонов О. С., Лисовая Е. В., Корнена Е. П., Войченко О. Н., Шабанова И. А. Исследование идентификационных особенностей растительных лецитинов методом ядерно-магнитной релаксации// Новые технологии.- 2011, Вып.3.-№ 3.- С. 11-14.
9. Система приема и обработки сигналов импульсных релаксометров ядерного магнитного резонанса: Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ/С.М. Прудников, Л.В. Зверев, Т.Е. Джиоев, № 2001610425; заявл 17.04.01.
10. Пат. № 2582913 Рос. Федерация. Способ определения содержания ацетоннерастворимых веществ (фосфолипидов) в соевом лецитине // Лисовая Е. В., Викторова Е. П., Прудников С.М.[и др.]//заявл. 27.03.2015.; опубл. 27.04.2016; Бюл. № 12.
References
1. Gerasimenko E.O. Pishchevye rastitel'nye fosfolipidy, poluchenie i tendencii primeneniya / E.O.Gerasimenko, E.A. Butina, E.P. Kornena// Maslozhirovaya promyshlennost'. -1999. - № 2.- S. 25-26.
2. Arutyunyan N.S. Fosfolipidy rastitel'nyh masel/ N.S. Arutyunyan, E.P. Kornena . -M.: Agropromizdat, 1986. - 256 s.
3. Timofeenko T.I. Fosfolipidnye produkty funkcional'nogo naznacheniya/ T.I. Timofeenko, I.P. Artemenko, E.P. Kornena -Krasnodar:TU KubGTU, 2002. - 210 s.
4. GOST 32052-2013 Dobavki pishchevye. Lecitin E 322. Obshchie tekhnicheskie usloviya». - M.: Standartinform, 2013. - 27 s.
5. Pat. № 2431140 Ros. Federaciya. Sposob opredeleniya soderzhaniya fosfolipidov v fosfolipidnom koncentrate (lecitine) // Kornena E. P., Agafonov O.G., Lisovaya E. V. [i dr.]// zayavl. 10.07.2010.; opubl. 10.10.2011.
6. GOST R 51486-99 Masla rastitel'nye i zhiry zhivotnye. Poluchenie metilovyh ehfirov zhirnyh kislot.- M.: Izd-vo standartov, 1999.- 7 s.
7. GOST 30418-96 Masla rastitel'nye. Metod opredeleniya zhirnokislotnogo sostava.-M.: Izd-vo standartov, 1999.- 11 s.
8.Agafonov O. S., E. V. Lisovaya, Cornea E. P., Voychenko O. N., Shabanova I. A. Study of identification features of the vegetable lecithins the method of nuclear magnetic relaxation// fat-and-oil industry.- New technologies.- 2011, Vol.3. - No. 3.- P. 11-14.
9. Sistema priema i obrabotki signalov impul'snyh relaksometrov yadernogo magnitnogo rezonansa: Svidetel'stvo ob oficial'noj registracii programmy dlya EHVM/S.M. Prudnikov, L.V. Zverev, T.E. Dzhioev, № 2001610425; zayavl 17.04.01.
10. Pat. No. 2582913 ROS. Federation. The method of determining content of acetonitrile substances (phospholipids in soy lecithin // Lisovoy E. V., Viktorova, E. P., Prudnikov S. M.[et al]//Appl. 27.03.2015.; publ. 27.04.2016; bull. No.12.
