Еще в глубокой древности люди использовали растения, из которых можно получать масло. По-видимому, сначала стали использовать масличные растения, в плодах и семенах которых много легкоотделяемого масла.
Вероятнее всего, это были оливковое и пальмовое масла, свободно вытекающие из зрелых плодов при небольшом надавливании на сочную мякоть околоплодника. Постепенно полезные дикорастущие растения превратились в систематически возделываемые земледельческие культуры, что способствовало возникновению маслобойного ремесла, а затем масложировой промышленности.
В настоящее время промышленное использование новых масличных дикорастущих растений невозможно без введения их в культуру. Главное место среди масличных занимают культурные растения, превосходящие по свойствам исходные дикорастущие.
Развитие технологии растительных масел заметно опережало изучение свойств масличных семян и масел, извлекаемых из них. Несмотря на то, что используют растительные масла уже несколько тысячелетий, изучать их начали сравнительно недавно. Еще в 1669 г. О. Тахениус считал, что в жирах содержится «скрытая кислота», и указывал, что в процессе омыления и последующей обработки мыльных растворов кислотами образуется «жирная масса», отличающаяся от исходного жира.
В XVIII веке сформировались основные направления исследования растений и продуктов их переработки. Основное внимание исследователей в то время привлекало изучение химического состава растений.
В 1783 г. К.В. Шееле, обрабатывая оливковое масло оксидом свинца при нагревании, заметил, что в числе продуктов омыления образуется сладкое вещество. Он установил, что это вещество содержится в растительных и животных жирах, и назвал его «сладким маслянистым принципом». В 1823 г. М.Э. Шеврель определил структуру жиров, выделил олеиновую, стеариновую и некоторые другие жирные кислоты и ввел название «глицерин». Он установил, что «сладкий маслянистый принцип», обнаруженный К. В. Шееле, представляет собой трехатомный спирт. В 1847 г. Л. Собреро, обрабатывая азотной кислотой глицерин, который в то время был отходом стеаринового производства, получил маслянистое взрывчатое вещество — нитроглицерин.
В 30-х годах XIX века Т. Соссюр при исследовании прорастающих семян конопли, рапса и некоторых других масличных растений обнаружил, что жир распадается в них до углеводов. Наблюдая быстрый гидролиз масла в пальмовых плодах, Ж. М. Пелуз и С. Будон в 1839 г. высказали предположение, что в пальмовом масле содержится вещество, разлагающее триацилглицеролы на кислоты и глицерин. Позже Ж. М. Пелуз заметил, что в непроросших и не поврежденных семенах конопли, рапса, мака содержится в основном нейтральный жир, но если семена истолочь, то жир вскоре разлагается на глицерин и свободные кислоты. Он считал, что такое явление обусловлено действием фермента, содержащегося в семенах.
В 1871 г. А. Мюнц отметил, что в масличных семенах мака и сурепицы при прорастании образуются свободные жирные кислоты. Чем дольше прорастают семена, тем больше освобождается жирных кислот, и после 5...6 сут прорастания триацилглицеролы почти совсем исчезают.
Превращения веществ при прорастании масличных семян обстоятельно изучал А.Э. Лясковский, который в 1874 г. опубликовал работу «О прорастании тыквенных семян». Он установил зависимость интенсивности дыхания прорастающих семян от температуры и высказал предположение, что при дыхании наряду с диоксидом углерода образуется вода, и обнаружил аспарагин в проросших масличных семенах.
А.С. Фаминцын в книге «Обмен веществ и превращение энергии в растениях», вышедшей в 1883 г., дал глубокий анализ взаимосвязи процессов обмена веществ в растительном организме. Проблемы биохимии, изложенные А.С. Фаминцыным в первом русском учебнике физиологии и биохимии растений, вышедшем в 1887 г., легли в основу дальнейших исследований на многие десятилетия.
В 1890 г. Д.Э. Грин и независимо от него Р. Зикмунд исследовали в прорастающих семенах клещевины первую растительную липазу. В 1903 г. Д. Белан обнаружил, что при хранении пшеничной муки ее жир постепенно замещается свободными жирными кислотами, которые при очень длительном хранении муки разлагаются. Он предложил оценивать степень свежести муки по соотношению между нейтральным жиром и свободными жирными кислотами. К этому времени уже было известно, что свойства маслосодержащих плодов и семян, проявляющиеся при их хранении и переработке, определяются наличием в их химическом составе большого количества липидов.
В начале XX века особое внимание исследователей биохимии растений привлекали вопросы общебиологического характера. Установление достаточно подробного химического состава растений, открытие ряда ферментов и выявление их роли в обмене веществ, дальнейшее развитие биохимии белков, липидов, углеводов создали основу для выявления общих закономерностей обмена веществ и превращения энергии в живых организмах.
Обширные биохимические исследования растительного масличного сырья были начаты в 1911 г. С. Л. Ивановым. Изучая процесс маслообразования ряда важнейших масличных культур, Иванов в 1924 г. установил зависимость изменения химического состава масла от географического происхождения растений. Так, при выращивании растений в северных или высокогорных районах при созревании синтезируются менее насыщенные жирные кислоты, а при выращивании в южных широтах и на равнинах синтезируются более насыщенные жирные кислоты. Климатическая зависимость процесса маслообразования была многократно проверена С. Л. Ивановым, а также Г. В. Пигулевским и К. П. Кардашевым на многих растениях.
А. М. Голдовский в 1941 г. обнаружил, что в растениях каждая группа органических веществ представлена не одним индивидуальным веществом, а рядом близких по химическому составу и свойствам веществ. В 1946 г. он выдвинул теорию о потоках химических превращений веществ в растениях (глюцидном, протеидном, липидном и изопреновом) и корреляционных связях между этими потоками.
Изучение растений на субклеточном и молекулярном уровнях вновь привлекло внимание исследователей к проблемам обмена веществ в масличном сырье, в частности к проблеме синтеза и распада жиров. Открытие в 1943 г. Ф. А. Липманом кофермента А и обоснование его роли в обмене липидов позволило по-новому объяснить процесс синтеза жирных кислот в созревающих семенах масличных растений. В 1953 г. Ф. Ньюкомб и И. Штумпф в опытах с семядолями арахиса экспериментально подтвердили участие двух и трех углеродных фрагментов, активированных коферментом А, в синтезе жирных кислот. В дальнейшем это позволило найти связь между липидным и другими процессами обмена веществ в масличных растениях.
В 1949 г. А. Ленинджер показал, что в митохондриях клеток происходит процесс окислительного фосфорилирования, обеспечивающий живой организм химической энергией.
Развитие общей биохимии позволило установить ряд фундаментальных научных положений, определивших уровень прикладных научных дисциплин, в том числе биохимии масличных растений.
В 1953 г. Д. Д. Уотсон и Ф. X. Крик доказали, что молекула дизоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) построена из двух нитей. В 1963 г. М. Ниренберг расшифровал генетический код, определяющий структуру белков всех живых организмов — от бактерий до высших растений, животных и человека.
В 1972 г. Полом Бергом была получена первая гибридная (рекомбинантная) ДНК фага лямбда и кишечной палочки с ДНК обезьяньего вируса. Это открытие ознаменовало возникновение генетической, или генной, инженерии, целью которой стало управление генетической основой живых организмов посредством внедрения или удаления из ДНК специфических генов.
В настоящее время создание трансгенных растений, в том числе масличных (сои, рапса, хлопчатника, льна), наиболее интенсивно ведется в США, Канаде, в меньших объемах — в странах Европы, Южной Америки, Азии и Южной Африки. В России исследования в области трансгенных растений ограничены, а из генно-модифицированных продуктов разрешены к применению только семена сои.
Появление усовершенствованных аналитических автоматизированных методов позволило определить структуру белков и их аминокислотную последовательность. К 1986 г. были расшифрованы последовательности нуклеотидов в нуклеиновых кислотах.
Продолжает развиваться быстрыми темпами биохимия клеточных мембран. Выявлены тонкие механизмы регулирования деятельности клетки, характер взаимодействия и ответные реакции компонентов биомембраны на изменения внешних условий. Функции биомембран определяют многие свойства веществ, запасаемых в семенах.
Биохимические исследования масличного сырья в настоящее время проводятся во Всероссийском институте жиров (ВНИИЖ), входящем в научно-производственное объединение масложировой промышленности «Масложирпром» (г. Санкт-Петербург) и его филиалах в Москве и Краснодаре. Здесь ведутся работы в основном прикладного характера и решаются непосредственные технологические задачи, стоящие перед промышленностью. Всероссийский НИИ масличных культур (г. Краснодар), входящий в состав НПО «Масличные культуры», специализируется на решении задач селекции масличных растений. Всероссийский институт растениеводства им. Вавилова (г. Санкт-Петербург) занимается вопросами биологии и физиологии масличных и других растений.
В странах ближнего зарубежья (Украина, Узбекистан) продолжаются исследования масличного сырья и продуктов его переработки: в Харькове — занимаются изучением переработки жиров, в Ташкенте — биохимией масличных растений.
За рубежом наиболее значительные исследования в области биохимии и технологии масличного сырья проводятся в США, Англии, Германии и Франции. В США на протяжении многих лет действует Американское общество химиков-жировиков. Общество координирует работы в области химии, биохимии и технологии сои, хлопчатника, подсолнечника и других масличных растений.
В Великобритании создана крупная научная школа, работающая в области теории строения липидов, одним из основателей которой был Т. П. Гильдич.
В Германии в Научно-исследовательском институте жиров(г. Вюртенберг) издается журнал «Жиры, масла и моющие средства» и ведутся исследования и разработки методов анализа липидов, начатые под руководством Ф. Кауфмана.
Во Франции исследования в области химии и технологии жиров ведет Научно-исследовательский технический институт жировых веществ (г. Париж). Основное направление работы этого института — химия липидов и белковых продуктов переработки масличных семян. Институт издает два специализированных журнала по вопросам технологии жиров, а также по возделыванию и использованию тропических масличных растений — пальм, клещевины и арахиса.
В настоящее время круг проблем, связанных с биохимией и технологией комплексной переработки растительного масличного сырья, непрерывно расширяется. Совершенствуется технология получения растительных масел и белковых продуктов. Пересмотр традиционных приемов переработки масличного сырья, появление новых направлений использования его компонентов на основе безотходных и экологически чистых технологий требуют от инженера-технолога глубокого понимания биохимических и химических процессов, происходящих в масличном сырье.
ЗНАЧЕНИЕ МАСЛИЧНЫХ РАСТЕНИЙ И РАСТИТЕЛЬНЫХ ЖИРОВ
Растительные жиры и масла, составляющие важнейшую часть соединений класса липидов, широко распространены в тканях растений. Они являются обязательным компонентом клеток, хотя большинство растений накапливает сравнительно немного масла. Однако известно несколько сотен культур, у которых в тканях отдельных органов откладывается в запас значительное количество жирных масел. В семенах некоторых растений содержится до 50...70 % липидов от массы. Наибольшее количество запасных липидов обычно сосредоточены в основной ткани семян — зародыше и эндосперме, другие ткани относительно бедны липидами.
Группа растений различных ботанических семейств, родов и видов, обладающих способностью концентрировать большие количества масел, получила название масличной. Масличными называют растения, в семенах или плодах которых жирные масла накапливаются в количествах, экономически оправдывающих их промышленную переработку.
По мере развития техники и технологии количество масличных культур, из которых можно извлекать масла, непрерывно расширяется за счет растений со сравнительно невысоким содержанием масла. Если не так давно была экономически оправдана промышленная переработка семян с содержанием масла не менее 1/4 их массы, то теперь успешно перерабатывается сырье, содержащее не более 1/10... 1/15 масла. В настоящее время в группу промышленных включено более 100 масличных растений.
Наибольший практический интерес представляют жиры и белки семян. Растительные жиры наряду с другими компонентами составляют основу рационального питания человека. Растительные масла употребляют непосредственно в пищу, используют в хлебопекарном и кондитерском производстве в качестве добавок к тесту, при изготовлении печенья, шоколада, халвы, начинок для конфет и других разнообразных продуктов.
Пищевые растительные масла подразделяют на кулинарные, столовые (салатные) и консервные. В кулинарии пищевые растительные масла используют в чистом виде или в виде маргарина и специальных кулинарных жиров. К столовым относят масла, полученные из семян механическим отжимом при относительно низкой температуре, и все рафинированные масла независимо от метода получения. При изготовлении консервов широко применяют рафинированные подсолнечное (особенно из высокоолеиновых сортов подсолнечника), хлопковое, а также оливковое, арахисовое, кунжутное масла и их смеси.
Технические растительные масла широко применяют во многих отраслях народного хозяйства. Это источник получения изолированных жирных кислот, причем из пищевых и не пищевых растительных масел. На втором месте по объему потребления на технические цели стоит производство моющих средств, которые используют в быту и в промышленном производстве. На третьем месте — производство окисленных масел, предназначенных для выработки лаков, красок, олиф, линолеума, клеенок и непромокаемых тканей. Большое количество растительных масел применяют для приготовления охлаждающих жидкостей, технологических смазок, полирующих составов и т.д. Отдельные виды растительных масел используют для приготовления специальных смазочных средств, например, полученного из рицинолевой кислоты касторового масла.
Касторовое, кротоновое, молочайное, оливковое и некоторые другие растительные масла широко применяют в производстве фармацевтических препаратов; какао-масло, оливковое, миндальное и касторовое используют для изготовления различных косметических средств.
Белки масличных семян в виде белковых концентратов, изолятов и гидролизатов используют для повышения биологической ценности многих пищевых продуктов, а также в качестве составного компонента комбикормов для животных.
Плодовая и семенная оболочки масличных семян, состоящие в основном из целлюлозы, являются сырьем для гидролизного производства, а также могут служить перспективным источником для получения восков и других химических продуктов. При переработке 100 т семян подсолнечника получают 47 т масла, 30 т шрота (пищевого и кормового белка), 20 т плодовой оболочки, 3 т составляют потери.
Масличные семена и продукты их переработки содержат кроме масла и белка богатейший комплекс биологически активных соединений, в том числе витаминов и провитаминов (токоферолов, стеролов и каротиноидов, тиамина, рибофлавина, пиридоксина, биотина, фолиевой, пантотеновой и аскорбиновой кислот).
Богат и разнообразен фосфолипидный комплекс масличных семян. В его состав входят: фосфатидилхолины, фосфатидилэта-ноламины, фосфатидилсерины, фосфатидилинозитолы, фосфа-тидные кислоты и их соли. Наконец, в масличных семенах уникальный набор макро-, микро- и ультрамикроэлементов, суммарное содержание которых почти в 2 раза превышает их количество в семенах других культур.
Химический состав масличных семян создает большие возможности для комплексного использования растительного масличного сырья в промышленности. Поэтому основной целью уборки, послеуборочной обработки, хранения и переработки масличных семян является максимальное сохранение всех ценных компонентов растительного масличного сырья в готовых продуктах.
В связи с этим первоочередной проблемой комплексной экологически чистой технологии растительных масел должно явиться создание производственных процессов, обеспечивающих исключение или максимальное ослабление интенсивных воздействий на масличное сырье и окружающую среду с целью сохранения всех ценных компонентов масличных семян при их хранении и переработке.
СОВРЕМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО РАСТИТЕЛЬНОГО МАСЛИЧНОГО СЫРЬЯ
По объему производства основными видами сырья в мире среди растительных пищевых масел являются соя, различные виды пальм, подсолнечник, рапс, хлопчатник, арахис, олива (маслина), кунжут, сафлор и некоторые другие. Для технических целей готовят масло из льна, клещевины, тунга, периллы, ляллеманции и конопли.
В России пищевые масла в основном получают из семян подсолнечника, сои, рапса; семена других масличных растений (льна, горчицы, клещевины и конопли) перерабатываются в относительно небольших объемах.
В мировом производстве пищевых растительных масел первое место принадлежит соевому маслу, второе пальмовому, третье и четвертое —подсолнечному и рапсовому. Большая роль в общем объеме производства пищевых растительных масел отводится арахисовому, хлопковому и оливковому маслам.
Особое место занимают пальмовые масла — кокосовое, пальмовое и пальмоядровое, общая выработка которых до последнего времени составляла 18...20% мирового производства растительных масел. Из технических масел в большом объеме производят льняное.
Производство растительных жирных масел имеет бесспорные экономические преимущества по сравнению с производством животных жиров. Кроме того, при переработке масличных семян наряду с маслом можно получить пищевые белки, значение которых в связи с острой проблемой дефицита белковых ресурсов в мире возрастает.
Первое место среди масличных семян занимают соевые бобы, в общем объеме производства масличного сырья на их долю приходится около половины. При переработке сои получают хорошее пищевое масло, а также пищевые белки, которые используют для получения и обогащения других пищевых продуктов.
Второе место в мировых ресурсах масличного сырья занимают семена хлопчатника. При их переработке получают волокно и пищевое масло, а также пищевые белки.
На долю арахиса приходится 10 % производства масличных семян. Арахис является ценной масличной, а также продовольственной культурой.
Четвертое место в производстве масличного сырья занимает подсолнечник. Продолжает расти мировое производство семян подсолнечника. Его стали культивировать в странах, где раньше практически не сеяли (страны ЕЭС, Канады, США). Значительно увеличилось производство подсолнечника в Турции, Румынии и Аргентине. В связи с созданием низкоэруковых и низкогликозилатных сортов значительно растет также производство рапса. Увеличивается производство копры и пальмового ядра, значительная часть которых экспортируется из стран-производителей.
В России основной масличной культурой является подсолнечник. Выработка всех видов масличных семян в России составляет от 2,8 до 4,5 млн. т в год, доля подсолнечных семян — от 80 до 85%.
Масложировая промышленность обеспечивает около половины потребности страны в растительных маслах. На протяжении последних лет по импорту закупается от 0,8 до 1,3 млн. т в год подсолнечного и других масел. В то же время продолжается экспорт за рубеж подсолнечного масла и масличных семян. Объемы экспорта и импорта растительного масла практически сравнимы.
Россия закупает подсолнечное масло в Аргентине, на Украине, в Молдавии, Венгрии, а экспортирует в Казахстан, Алжир и Египет. Пальмовое масло импортируется из Индонезии, оливковое в основном из Греции, а также из Испании, Италии, США, Турции и Туниса.
Внедрение достижений биотехнологии в практику селекции привело к созданию высокопродуктивных сортов и гибридов масличных растений, более устойчивых к заболеваниям, засухе, засоленности почв.
В то же время урожайность масличных растений снижается под влиянием техногенных воздействий на почву, уменьшения плодородности сельскохозяйственных земель и особенно их площади. Доля возделываемой земли на душу населения в мире сократилась с 0,44 га в 1961 г. до 0,26 га в 1997 г. и к 2050 г. она сократится до 0,15 га.
Предлагаемым решением проблемы, согласно некоторым исследованиям, является создание трансгенных растений, способных увеличить количество сельскохозяйственной продукции несмотря на сокращение площади пахотных земель. Для трансгенных растений характерна повышенная устойчивость к гербицидам, насекомым-вредителям, вирусам и грибковым заболеваниям, гарантирующая повышение их продуктивности на 25 % по сравнению с традиционными сортами и гибридами.
В настоящее время в мировой практике разрешены к коммерческому применению следующие трансгенные масличные растения: соя, рапс, хлопчатник и лен. Некоторые из этих культур помимо высокой устойчивости отличаются от традиционных также по жирно-кислотному составу масла.
Хранение до переработки и рациональное использование растительного масличного сырья остается наиболее сложной задачей. Решить ее можно только при глубоком изучении биохимических процессов, происходящих в масличных семенах на стадиях их развития, целенаправленном использовании их физиологических свойств при обработке, хранении и переработке масличного сырья.
При подготовке пятого издания авторами учтены замечания, опубликованные в печати в виде рецензий, рекомендаций, предложенных различными преподавателями, имеющими значительный опыт при чтении данной дисциплины в различных вузах, а также замечания, высказанные в ходе обсуждения рукописи.
Авторы приносят глубокую благодарность всем приславшим отзывы и замечания, направленные на дальнейшее совершенствование учебника.
Источник: znaytovar.ru |
