Челябинск, Челябинская область, Россия
Цель исследования – разработка смесей растительных масел с соотношением ɷ6:ɷ3 ПНЖК в диапазоне 5–10:1. Задачи: изучить показатели качества растительных масел; исследовать фракционный состав ПНЖК; применить математические методы моделирования в разработке купажей растительных масел. Представлены результаты разработки купажей растительных масел с соотношением полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) ɷ6:ɷ3 в диапазоне 5–10:1. Изучены органолептические (цвет, прозрачность, вкус и запах), физико-химические (перекисные и кислотные числа, содержание витамина Е) показатели и фракционный состав ПНЖК рафинированных дезодорированных масел – подсолнечного первого сорта (изготовитель ООО «Товарное хозяйство», Саратовская обл.), рапсового высшего сорта (ООО «Армаз», г. Новосибирск), кукурузного марки «П» (АО «Эфко», Белгородская обл.) и нерафинированного масла чиа холодного отжима (ООО «Сибирская клетчатка», Томская обл.). Установлено соответствие показателей качества традиционных масел нормам действующих ГОСТов и ТР ТС 024/11, масла чиа – требованиям Codex Alimentarius. Сodex Stan 210-1999 и ТР ТС 024/11. Выявлена хорошая совместимость исследуемых масел по органолептическим показателям для купажирования. Установлено относительно высокое содержание ά-токоферола в подсолнечном (667,16±14,22 мг/кг) и рапсовом (554,63±10,14 мг/кг) маслах, относительно низкое – в кукурузном (78,07±2,24 мг/кг), средний уровень – в масле чиа (343,96±9,03 мг/кг). Во всех маслах определен дисбаланс ПНЖК: с преобладанием фракции ɷ6 (линолевой-цис кислоты) – в традиционных маслах, семейства ɷ3 (ά-линоленовой кислоты) – в масле чиа. С помощью методов математического моделирования, где в качестве сопутствующих критериев выступали «максимальное содержание витамина Е» и «минимальная цена», разработаны 6 купажей с определенным соотношением подсолнечного рафинированного дезодорированного масла первого сорта (93,37–96,70 %) и масла чиа нерафинированного холодного отжима (6,63–3,30 %), отличающихся сбалансированным составом ɷ6 и ɷ3 ПНЖК согласно регламентированным нормам МР 2.3.1.0253-21.
растительное масло, купаж, жирнокислотный состав, полиненасыщенные жирные кислоты, качество, математическое моделирование
Введение. Известно, что в нативном виде не существует «идеального» масла с составом полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), обеспечивающим поступление их в организм в необходимом количестве и правильном соотношении. При изучении состава подсолнечного, оливкового, кукурузного, соевого, рыжикового, горчичного, амарантового, грецкого ореха, виноградной косточки и других масел определено соотношение ɷ6:ɷ3 жирных кислот на уровне 83,9:1–0,32:1 [1–3], что не согласуется с принципами полноценного питания, в частности с регламентированными нормами МР 2.3.1.0253-21, согласно которым пропорция этих кислот должна составлять 5–10:1. Кроме того, в питании человека высока доля насыщенных жиров (> 10 %) и жиров, богатых ɷ6, в результате чего соотношение ɷ6:ɷ3 лежит в диапазоне 20–30:1 [4].
Благодаря положительной антитромботической, липидснижающей и проэндотелиальной функциональной активности ɷ3 ПНЖК играют важную роль в атерогенезе у человека. Наиболее значимыми ɷ3 жирными кислотами, которые образуются из линолевой кислоты, являются γ-линолевая и арахидоновая, α-линоленовая кислота – исходное вещество для синтеза эйкозапентаеновой и докозагексаеновой кислот. Эти ПНЖК выполняют определенные функции в качестве блоков при создании мембран и модуляторов различных биохимических процессов [5–7].
Избыточное количество ɷ6 ПНЖК в диете и высокое соотношение ɷ6:ɷ3 способствуют патогенезу многих сердечно-сосудистых, онкологических, воспалительных, аутоиммунных и других заболеваний [8, 9]. Поэтому при создании пищевых продуктов со сбалансированным составом ПНЖК применяют купажирование различных видов растительных масел [2, 4].
Цель исследования – разработка смесей растительных масел с соотношением ɷ6:ɷ3 ПНЖК в диапазоне 5–10:1.
Задачи: изучить показатели качества растительных масел; исследовать фракционный состав ПНЖК; применить математические методы моделирования в разработке купажей растительных масел.
Объекты и методы. В качестве объектов исследований выступили рафинированные дезодорированные растительные масла:
- подсолнечное первого сорта (вымороженное) – ГОСТ 1129-13, изготовитель ООО «Товарное хозяйство» (413090, Саратовская обл., г. Маркс, пр. Ленина, д. 100/2), цена 109 руб/л;
- рапсовое высшего сорта – ГОСТ 31759-12, ООО «Армаз» (630015, г. Новосибирск, ул. Королева, д. 40), 258 руб/л;
- кукурузное марки «П» – ГОСТ 8808-00, АО «Эфко» (309850, Белгородская обл., р-н Алексеевский, г. Алексеевка, ул. Фрунзе, д. 2), 349 руб/л;
- чиа нерафинированное холодного отжима – СТО 67008287.051-17, ООО «Сибирская клетчатка» (634021, Томская обл., г. Томск, пр. Фрунзе, д. 109, оф. 107), 810 руб/л.
Органолептические показатели масел определяли по ГОСТ 5472-50, содержание ПНЖК – по ГОСТ 31663-2012 и ГОСТ 31665-2012, витамина Е (ά-токоферола) – по МВИ 43-08, перекисное число (ПЧ) жира – по ГОСТ 26593-85, кислотное число (КЧ) – по ГОСТ 31933-12. На время проведения испытаний период хранения масел с даты их производства составил 3 мес. при сроке годности 12 мес. – для кукурузного и чиа, 14 мес. – для подсолнечного, 18 мес. – для рапсового.
Результаты и их обсуждение. На первом этапе оценивали потребительские свойства масел для установления сочетаемости сырья по органолептическим признакам. Результаты исследований представлены в таблице 1.
Таблица 1
Показатели качества растительных масел
|
Показатель |
Результаты исследований масла |
|||
|
подсолнечного |
рапсового |
кукурузного |
чиа |
|
|
Органолептические показатели |
||||
|
Цвет |
Соломенный |
Соломенный с желтоватым оттенком |
Светло-желтый |
Желтый |
|
Прозрачность |
Прозрачное, без осадка |
|||
|
Вкус и запах |
Без запаха, обезличенный вкус |
Легкий травяной запах, обезличенный вкус |
||
|
Физико-химические показатели |
||||
|
ПЧ, мэкв/кг |
1,70±0,05 (10,0)*, ** |
3,90±0,10 (4,0)* (10,0)** |
3,80±0,09 (10,0)*, ** |
4,50±0,06 (10,0)** |
|
КЧ, мг КОН/г |
0,26±0,01 (0,4)* (0,6)** |
0,24±0,01 (0,3)* (0,6)** |
0,30±0,02 (0,4)* (0,6)** |
1,21±0,08 (4,0)** |
|
Содержание витамина Е (ά-токоферола), мг/кг |
667,16±14,22 |
554,63±10,14 |
78,07±2,24 |
343,96±9,03 |
Примечание: * – норма согласно действующему ГОСТ, не более; ** – норма по ТР ТС 024/11 и Codex Alimentarius. Сodex Stan 210-1999, не более.
Установлено соответствие органолептических показателей подсолнечного, рапсового, кукурузного масел нормам действующих ГОСТов, масла чиа – требованиям Codex Alimentarius (Сodex Stan 210-1999). Выявлена хорошая совместимость исследуемых масел как по цветовой гамме, так и по вкусо-ароматическим характеристикам. Монохромность цвета и нейтральность вкуса и запаха (в случае масла чиа – умеренность) позволяют смешивать сырье в любых пропорциях без резких изменений прежних органолептических свойств.
Существует мнение, что показатели окисления растительных масел, показывающие в них концентрацию перекисных соединений (ПЧ) и свободных жирных кислот (КЧ), не являются показателями их безопасности, так как относятся к естественным характеристикам, имеют значительную количественную вариабельность для разных видов растительных масел, в том числе зависящую как от их жирно-кислотного состава, так и от условий выращивания масличных культур [11]. В данном контексте результаты наших исследований лишь подтвердили высказанное суждение (см. табл. 1). Так, при равных временных сроках хранения масло чиа имело относительно высокие показатели ПЧ и КЧ на фоне других анализируемых проб, но при этом не отклонялось по органолептическим критериям от свойственных для него характеристик и соответствовало действующим нормам «Codex Alimentarius. Жиры, масла и производные продукты» в части «Сodex Stan 210-1999. Стандарт кодекса для поименованных растительных масел» по показателям порчи жировой фазы.
Несмотря на то что рапсовое масло имело значения ПЧ и КЧ, максимально приближенные к верхним допустимым уровням, прописанным для продукции высшего сорта в ГОСТ 31759-12, оно параллельно с этим имело хороший временной запас для их нарастания согласно нормам ТР ТС 024/11, который в отличие от стандарта носит статус нормативно-правового акта, являющегося обязательным для исполнения. Аналогичная ситуация была выявлена у кукурузного масла в части фактически установленного значения КЧ и его разрозненных норм для масла марки «П» согласно ГОСТ 8808-00 и действующему техрегламенту. Учитывая все нормы, применяемые для оценки окислительной порчи растительных масел, дополнительно беря в расчет ранжированные уровни ПЧ жира (от 0 до 6 мэкв/кг соответствуют категории качественной продукции, от 7 до 10 мэкв/кг – начальной стадии окислительной порчи [1, 11]), все виды изучаемых растительных масел были признаны доброкачественными и использовались в дальнейших исследованиях.
Общеизвестно, что стойкость растительных масел к окислению определяется не только жирнокислотным составом их триацилглицеролов, но и присутствием природных ингибиторов окисления – токоферолов. Установлено относительно высокое содержание ά-токоферола в подсолнечном и рапсовом маслах, относительно низкое – в кукурузном, средний уровень – в чиа, что согласуется с данными других исследователей [3, 12].
Следующим шагом экспериментальных работ явилось изучение группы ПНЖК растительных масел. Анализ их состава (табл. 2) подтвердил ранее полученные данные о несбалансированности содержания в растительных маслах ɷ6 и ɷ3 ПНЖК в сравнении с существующими рекомендациями для рационального питания.
Таблица 2
Фракционный состав ПНЖК
|
Кислота |
Результаты исследований масла, % |
||||
|
Обозначение |
Наименование |
подсолнечного |
рапсового |
кукурузного |
чиа |
|
С18:2ɷ6 |
Линолевая-цис |
59,62±1,71 |
66,63±2,20 |
52,94±1,50 |
18,81±0,09 |
|
С18:3ɷ6 |
γ-линоленовая |
– |
– |
0,11±0,01 |
0,33±0,01 |
|
С18:3ɷ3 |
ά-линоленовая |
0,07±0,01 |
0,42±0,01 |
0,77±0,02 |
62,01±2,05 |
|
Соотношение ɷ6:ɷ3 |
852:1 |
159:1 |
69:1 |
1:3 |
|
Так, наибольший дисбаланс этих биологически активных веществ с существенным преобладанием фракции ɷ6 (линолевой-цис кислоты) был установлен в подсолнечном масле (852:1), наименьший – в кукурузном (69:1). В масле чиа, наоборот, превалировала ά-линоленовая кислота, относящаяся к семейству ɷ3 (1:3).
В заключение на основе полученных данных, используя методы математического моделирования [13], провели разработку купажей растительных масел с максимальным сохранением в их составе количества витамина Е при минимальном удорожании цены смесей и ограничениях (по рекомендации МР 2.3.1.0253-21) соотношения жирных кислот . Рассматриваемая задача являлась, с одной стороны, линейной, с другой же стороны – двухкритериальной. Следовательно, она формализовалась как многокритериальная задача линейного программирования
|
, |
где – доля подсолнечного масла, рапсового масла, кукурузного масла и масла чиа в смеси соответственно. Для поиска оптимального, по Парето [14], решения двухкритериальной задачи (1) перешли к параметрическому семейству задач линейного программирования
, (2)
где параметр , а критерии
и
определены в (1).
Согласно лемме Карлина [15], решение задачи (2), полученное при каждом фиксированном , одновременно являлось и оптимальным, по Парето, решением двухкритериальной задачи (1). Отметим, что при всех значениях параметра
задача (2) имела одно и то же решение
, оно же и являлось единственным оптимальным, по Парето, решением задачи (1). Таким образом, рапсовое и кукурузное масла были исключены из дальнейших действий.
Рассматривая аналогичные задачи при ограничениях вида , где
принимает значения 5, 6, 7, 8, 9, 10, получили результаты, приведенные в таблице 3.
Выявленные данные показали, что единственно верным решением при заданных условиях задачи являлся купаж из подсолнечного масла и масла чиа. Однако можно было рассмотреть 6 вариантов пропорций этих масел в составе смеси в зависимости от желаемого конечного результата: либо приоритет отдать оптимальному балансу жирных кислот ɷ6:ɷ3, либо сохранить витаминную ценность и приемлемую ценовую характеристику купажа. Возьмем, к примеру, для рассмотрения два крайних варианта. В одном случае (купаж 1) при содержании в составе смеси 93,37 % подсолнечного масла и 6,63 % масла чиа получим максимально возможное присутствие жирных кислот семейства ɷ3 (соотношение ɷ6:ɷ3 как 5:1), относительно высокую цену купажа – 155,48 руб/л (повышение 42,6 %) и наименьшее содержание витамина Е – 645,73 мг/кг (снижение 3,2 %). В другом (купаж 2) – при уровне в купаже подсолнечного масла 96,70 % и масла чиа 3,30 % получим соотношение ɷ6:ɷ3 жирных кислот как 10:1 при минимально возможной цене купажа – 132,10 руб/л (повышение 21,2 %) и наибольшем уровне витамина Е – 656,51 мг/кг (снижение 1,6 %). Остальные варианты пропорций данных масел в составе купажа представляли собой промежуточные версии.
Таблица 3
Характеристики разработанных купажей
|
Номер купажа |
Наименование масла и его содержание, % |
Критерии купажа |
Соотношение жирных кислот ɷ6:ɷ3 |
||
|
подсолнечное |
чиа |
витамин E, мг/кг |
цена, руб/л |
||
|
1 |
93,37 |
6,63 |
645,73 |
155,48 |
5:1 |
|
2 |
94,48 |
5,52 |
649,32 |
147,69 |
6:1 |
|
3 |
95,28 |
4,72 |
651,89 |
142,12 |
7:1 |
|
4 |
95,87 |
4,13 |
653,81 |
137,95 |
8:1 |
|
5 |
96,33 |
3,67 |
655,31 |
134,70 |
9:1 |
|
6 |
96,70 |
3,30 |
656,51 |
132,10 |
10:1 |
Таким образом, разработаны купажи из двух растительных масел с определенным соотношением подсолнечного рафинированного дезодорированного первого сорта (93,37–96,70 %) и масла чиа нерафинированного холодного отжима (6,63–3,30 %), отличающиеся сбалансированным составом ɷ6 и ɷ3 ПНЖК согласно регламентированным нормам МР 2.3.1.0253-21.
Заключение
- Органолептические и физико-химические показатели подсолнечного, рапсового, кукурузного масел и чиа соответствовали нормам действующих нормативных документов.
- Установлена несбалансированность в содержании изучаемых растительных масел ɷ6 и ɷ3 ПНЖК по сравнению с существующими рекомендациями для рационального питания.
- Разработаны 6 купажей из подсолнечного рафинированного дезодорированного масла первого сорта и масла чиа нерафинированного холодного отжима, отличающиеся оптимальным соотношением ɷ6 и ɷ3 ПНЖК согласно регламентированным нормам МР 2.3.1.0253-21.
1. Устойчивость к окислению растительных масел в зависимости от жирнокислотного состава / А.В. Бирбасова [и др.] // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2015. № 1 (343). С. 61–64.
2. Бирбасова А.В., Тимофеенко Т.И., Никонович С.Н. Перспективность купажирования натуральных растительных масел с учетом состава жирных кислот и биологически активных веществ при производстве продуктов питания // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2015. № 2-3 (344-345). С. 82.
3. New vegetable oil blends to ensure high biological value and oxidative stability / T. Nosenko [et al.] // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017. Vol. 5. № 6 (89). P. 42–47. DOI:https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017. 111451.
4. Клейменова Н.Л. Разработка купажей растительных масел для здорового питания // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2021. Т. 83, № 1 (87). С. 187–191. DOI:https://doi.org/10.20914/2310-1202-2021-1-187-191.
5. Gómez Candela C., Bermejo López L.M., Loria Kohen V. Importance of a balanced omega 6/omega 3 ratio for the maintenance of health: nutritional recommendations // Nutrición Hospitalaria. 2011. Vol. 26, № 2. P. 323–329. DOI:https://doi.org/10.1590/S0212-1611201100020 0013.
6. Кисляк Ю.С., Чаленко К.А., Стороженко Т.Н. Биологическая роль полиненасыщенных жирных кислот (омега 3, омега 6) // Научные горизонты. 2020. № 9 (37). С. 130–133.
7. Подзолков В.И., Писарев М.В. Роль омега-3 полиненасыщенных жирных кислот в управлении сердечно-сосудистым риском // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2020. Т. 19, № 3. С. 86–94. DOI: 10.15829/ 1728-8800-2020-2589.
8. Jing X. Kang, Jian Bo Wan, Chengwei He. Concise review: regulation of stem cell proliferation and differentiation by essential fatty acids and their metabolites // Stem cells. 2014. Vol. 32, № 5. P. 1092–1098. DOI: 10.1002/ stem.1620.
9. Simopoulos A.P. The importance of the ratio of omega-6/omega-3 essential fatty acids // Biomed Pharmacother. 2002. Vol. 56, № 8. P. 365–79. DOI:https://doi.org/10.1016/s0753-3322(02) 00253-6.
10. Технология производства растительных масел со сбалансированным жирнокислотным составом / Л.П. Паршакова [и др.] // Пищевая промышленность. 2017. № 5. С. 25–27.
11. Исследование показателей качества растительных масел отечественных производителей / А.В. Бирбасова [и др.] // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2015. № 1 (343). С. 115–118.
12. Бутова С.В., Шахова М.Н., Панина Е.В. Исследование показателей растительных масел из малораспространенного сырья // Технологии и товароведение сельскохозяйственной продукции. 2018. № 1 (10). С. 38–43.
13. Моделирование пищевых систем для алиментарной коррекции соотношения полиненасыщенных жирных кислот в организме человека / Т.В. Алексеева [и др.] // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2020. Т. 82, № 1 (83). С. 70–75. DOI:https://doi.org/10.20914/2310-1202-2020-1-70-75.
14. Подиновский В.В., Ногин В.Д. Парето-оптимальные решения многокритериальных задач. М.: Физматлит, 2007. 256 с.
15. Карлин С. Математические методы в теории игр, программировании и экономике. М.: Мир, 1964. 838 с.
