Введение
Большинство кулинарных масел добывают из растений или семян растений. Считается, что первое целенаправленное выращивание оливковых деревьев произошло на острове Крит около 3500 года до н. э. Помимо потребления человеком и производства мыла, оливковое масло также использовалось в католической литургии. На рисунке 1 представлена маслобойня (дробилка для оливок) в Помпеях, датируемая 80 г. до н.э.
Плоды и семена, из которых должно быть извлечено масло, сначала очищают, а затем измельчают между вальцами. Поскольку свежевыжатые масла обычно содержат также сопутствующие вещества, такие как пахучие, вкусовые или горькие вещества, части растений, помутняющие вещества или муцилаж, их часто рафинируют, чтобы сохранить. Для этого сырое масло нагревают, однако это приводит не только к потере части сырого масла, но и к уменьшению содержания полезных с точки зрения питания и физиологии веществ, таких как токоферолы. Однако на содержание полиненасыщенных жирных кислот этот этап обработки не влияет. Рафинированные масла характеризуются нейтральным запахом и вкусом, более длительным сроком хранения и отсутствием твердого осадка при хранении.
Масла холодного отжима не рафинируются, а извлекаются только путем прессования и последующей фильтрации. Тепло, выделяемое при прессовании, рассеивается путем охлаждения пресса. Полученное таким образом масло называется "холодного отжима", "холодного отжима", "необработанное" или "неадультерированное"; оно относится к категории очень высокого качества [2, 3].
Жиры и масла представляют собой триглицериды или тройные эфиры трехвалентного спирта глицерина (1, 2, 3-пропантриола). Жирные кислоты, с которыми этерифицируется глицерин, классифицируются как насыщенные, ненасыщенные или полиненасыщенные. Причина, по которой жиры твердые при комнатной температуре, а масла жидкие, заключается в содержании ненасыщенных жирных кислот. Из-за повышенного содержания ненасыщенных жирных кислот (в основном цис-положения) кристаллизация затрудняется, и температура плавления масел снижается. Поэтому следует ожидать корреляции между температурами плавления и кристаллизации масел и содержанием в них ненасыщенных жирных кислот.
Экспериментальный
Плавление и кристаллизация коммерческих пищевых масел исследовались с помощью прибора NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® с μ-сенсором. В качестве продувочного газа использовался азот (5,0); скорость продувочного газа составляла 40 мл/мин. Масла вносили в стандартные алюминиевые тигли с проколотыми крышками таким образом, чтобы полностью смочить нижнюю часть тиглей. Параметры измерений и массы образцов сведены в таблицы 1 и 2.
Таблица 1: Условия измерений
| Измерительный прибор | DSC 204 F1 Phoenix® |
| Датчик | μ-сенсор |
| Охлаждение | GN2, авто |
| Тигель | Al, прокалываемый |
| Атмосфера | Азот |
| Скорость потока газа | 40 мл/мин |
| Скорость нагрева/охлаждения | 5 К/мин |
Таблица 2: Массы образцов [мг]
| Оливковое масло | Арахисовое масло | Кунжутное масло | Рапсовое масло | Подсолнечное масло | Масло грецкого ореха | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Производитель | A | B | C | C | D | B |
| Измерение 1 | 2.527 | 2.565 | 2.546 | 2.529 | 2.528 | 2.507 |
| Измерение 2 | 2.526 | 2.541 | 2.529 | 2.554 | 2.528 | 2.505 |
| Измерение 3 | 2.522 | 2.568 | 2.545 | 2.529 | 2.514 | 2.545 |
| Среднее значение (МВт) | 2.525 | 2.558 | 2.540 | 2.537 | 2.530 | 2.519 |
| Отклонение (ABW) | 0.005 | 0.027 | 0.017 | 0.025 | 0.034 | 0.040 |
Результаты и обсуждение
Кулинарные масла исследовались при вышеуказанных условиях измерения в температурном диапазоне от -100°C до комнатной температуры. Кристаллизация образцов наблюдается в соответствующих сегментах охлаждения, а плавление - в сегментах нагрева. Поскольку масла имеют различное содержание насыщенных, мононенасыщенных и полиненасыщенных жирных кислот, а триглицериды дополнительно состоят из смесей различных жирных кислот, все образцы имеют относительно широкую область в диапазоне плавления и кристаллизации. На рисунке 2 показано сравнение поведения различных масел при плавлении.
На рисунке 3 представлены результаты для арахисового масла, состоящие из двух сегментов нагрева и сегмента охлаждения между ними. Кроме того, для каждого образца оценивается начало процесса плавления (экстраполированное начало) и пиковая температура основного компонента. Сравнение этих результатов представлено в таблице 3. Приведенные значения представляют собой средние значения, рассчитанные по шести измеренным значениям. Наблюдается устойчивая тенденция к снижению температуры как начала, так и пиковой температуры в следующем порядке: оливковое масло, арахисовое масло, кунжутное масло, рапсовое масло, подсолнечное масло, масло грецкого ореха.
При сравнении приведенных в таблице 4 уровней содержания насыщенных (колонка 1), мононенасыщенных (колонка 2) и полиненасыщенных жирных кислот (колонка 3) в анализируемых кулинарных маслах, расположенных в порядке от оливкового масла к маслу грецкого ореха, изначально не прослеживается никакой тенденции ни в одном из столбцов 1-3. Даже общее содержание ненасыщенных жирных кислот в колонке 4 (сумма колонок 2 и 3) не показывает тенденции, непосредственно совпадающей с последовательностью selected кулинарных масел в таблице 4. Взаимосвязь между содержанием жирных кислот и температурой плавления более наглядно представлена на рисунке 4. Здесь видно, что температура плавления повышается при увеличении содержания насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот и снижается при увеличении содержания полиненасыщенных жирных кислот.
Таблица 3: Экстраполированные начальные и пиковые температуры процессов плавления [°C]
| Оливковое масло | Арахисовое масло | Кунжутное масло | Рапсовое масло | Подсолнечное масло | Масло грецкого ореха | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Производитель | A | B | C | C | D | B |
| Экстраполированное начало | -10.1 | -18.9 | -28.3 | -28.0 | -31.5 | -44.9 |
| Пиковая температура | -5.1 | -11.8 | -21.0 | -21.4 | -26.7 | -34.0 |
Таблица 4: Состав пищевых масел и уровни их содержания [4]
Содержание жирных кислот [%] | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| насыщенные (S) | мононенасыщенные | полиненасыщенные | ненасыщенные общие (P) | P:S | |
| Масло грецкого ореха1 | 9.87 | 16.3 | 73.9 | 90.2 | 7.49 |
| Подсолнечное масло2 | 12.3 | 20.7 | 66.9 | 87.6 | 5.44 |
| Рапсовое масло1 | 6.9 | 57.1 | 26.9 | 84.0 | 3.90 |
| Кунжутное масло1 | 13.1 | 35.8 | 42.0 | 77.8 | 3.21 |
| Арахисовое масло2 | 16.4 | 44.8 | 38.8 | 83.6 | 2.37 |
| Оливковое масло1 | 15.0 | 74.7 | 9.89 | 84.6 | 0.66 |
Кроме того, при определении качества масел для пищевого анализа важны не столько абсолютные значения содержания различных жирных кислот, сколько их соотношение друг с другом. Так, если составить ряд соотношений по столбцам 4 и 1 - т. е. отношение общего содержания ненасыщенных жирных кислот к содержанию насыщенных жирных кислот (P:S), - то обнаружится устойчивая тенденция: значения уменьшаются с 7,49 для масла грецкого ореха до 0,66 для оливкового масла (сравните со столбцом 5). Раскраска в таблице 4 иллюстрирует две группы образцов. Значения, отмеченные зеленым цветом, характеризуют масла с более высоким содержанием полиненасыщенных, чем мононенасыщенных жирных кислот. Значения, отмеченные красным цветом, напротив, обозначают масла с более высоким содержанием мононенасыщенных, чем полиненасыщенных жирных кислот.
Следует учитывать, что информация о содержании жирных кислот в образцах подсолнечного и арахисового масел отражает лишь средние значения, взятые из литературы. Опыт подсказывает, что для каждого значения следует принять диапазон колебаний примерно в 5 %. Кроме того, при оценке результатов ДСК учитывались только пиковые температуры основных компонентов, что, безусловно, является лишь точкой отсчета при анализе поведения смеси при плавлении и может объяснить существующие отклонения на корреляционной диаграмме (рисунок 5). Значение для кунжутного масла с P:S 3,21 наиболее удалено от линии тренда на рисунке 5. Это может быть связано с тем, что это единственное масло в данном наборе, семена которого были подвергнуты дополнительному процессу обжарки. Влияние процесса обжарки на кристаллизацию на данный момент неизвестно.
Заключение
В этом приложении показано, что плавление и кристаллизация различных пищевых масел могут быть охарактеризованы с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Простая подготовка образцов и стандартная температурная программа позволяют быстро получить результаты измерений значений плавления и кристаллизации. Оценка, основанная на пиковых температурах, позволяет легко получить значимое сравнение кулинарных масел.
Хотя данное исследование в основном подтвердило, что более высокое содержание полиненасыщенных жирных кислот означает более низкую температуру плавления масла, на рисунке 4 также видно, что концентрация не является единственным решающим фактором. На рисунке 5 показано, что именно соотношение P:S - т. е. концентрация полиненасыщенных и насыщенных жирных кислот - демонстрирует устойчивую тенденцию.