Разработка технологии извлечения масла ши из орехов карите



Современные тенденции в области здорового образа жизни выдвигают на первый план вопросы оптимизации диеты людей. Особое внимание заслуживает масло ши, которое становится ключевым элементом в борьбе за укрепление здоровья. Его положительное влияние на организм проявляется в уменьшении вероятности развития болезней сердца и сосудов, а также в способности понижать холестерин. Это масло способствует укреплению иммунитета, делая организм более устойчивым к вредным факторам окружающей среды. Эффективность масла ши обусловливается его богатым составом, который включает витамины, полиненасыщенные и ненасыщенные жирные кислоты, а также фосфолипиды. Эти компоненты придают маслу мощные антиоксидантные и защитные свойства против радиации, в значительной мере благодаря высокому содержанию токоферолов и каротиноидов. Таким образом, регулярное включение масла ши в рацион может сыграть значительную роль в повышении качества жизни и продвижении концепции правильного питания. Производство масла ши традиционным способом через холодное прессование направлено на то, чтобы максимально сохранить все полезные свойства сырья. Однако такой подход на производственном уровне сопряжен с определенными сложностями: конечный объем продукции получается невелик, весь процесс занимает значительное время, и часть биоактивных веществ теряется вместе с отходами производства. При написании статьи был изучен состав орехов карите и состав пищевых волокон орехов карите, получены новые данные по химическому составу и пищевой ценности орехов и продуктов их переработки — масла, жмыха, скорлупы и околоплодной оболочки, что определило возможность комплексного использования продуктов переработки кедровых орехов в производстве пищевой продукции общего и функционального назначения.

Ключевые слова: масло ши, орехи карите, технология производства, сохранение качества, экстракция, жирнокислотный состав, стабильность.

Modern trends in the field of a healthy lifestyle highlight the issues of optimizing people's diets. Shea butter deserves special attention, as it is becoming a key element in the fight to improve health. Its positive effect on the body is manifested in reducing the likelihood of developing heart and vascular diseases, as well as the ability to lower cholesterol. This oil helps strengthen the immune system, making the body more resistant to harmful environmental factors. The effectiveness of shea butter is determined by its rich composition, which includes vitamins, polyunsaturated and unsaturated fatty acids, as well as phospholipids. These components give the oil powerful antioxidant and protective properties against radiation, largely due to the high content of tocopherols and carotenoids. Thus, regularly including shea butter in the diet can play a significant role in improving the quality of life and promoting the concept of proper nutrition. The production of shea butter in the traditional way through cold pressing is aimed at preserving as much as possible all the beneficial properties of the raw material. However, this approach at the production level is associated with certain difficulties: the final volume of production is small, the entire process takes considerable time, and some of the bioactive substances are lost along with production waste. When writing the article, the composition of shea nuts and the composition of dietary fibers of shea nuts were studied, new data were obtained on the chemical composition and nutritional value of nuts and their processed products — oil, cake, shell and amniotic membrane, which determined the possibility of complex use of processed products of pine nuts in the production of food products for general and functional purposes.

Keywords: shea butter, shea nuts, production technology, quality preservation, extraction, fatty acid composition, stability.

Масло ши — это растительное масло, получаемое из орехов дерева карите, которое произрастает в Западной и Центральной Африке. В последние годы масло ши стало все более популярным в пищевой промышленности благодаря своим уникальным свойствам и потенциальным преимуществам.

Одним из главных преимуществ масла ши является его высокое содержание жирных кислот, таких как олеиновая, стеариновая и линолевая. Эти жирные кислоты являются необходимыми для организма человека, так как они помогают поддерживать здоровье кожи, улучшают пищеварение и способствуют правильному функционированию сердечно-сосудистой системы. Богатое содержание полиненасыщенных жирных кислот делает масло ши ценным источником питательных веществ. Кроме того, масло ши обладает антиоксидантными свойствами, что помогает защитить организм от вредного воздействия свободных радикалов. Это особенно важно в пищевой промышленности, где продукты могут подвергаться окислительной деградации. Применение масла ши в производстве пищевых продуктов может помочь увеличить их срок годности и сохранить их качество [1].

В рамках эксперимента, целью которого было исследование эффективности различных подходов к подготовке орехов, были взяты равные по объему партии этих плодов. Их обработали тремя уникальными способами. Первый способ включал в себя ручное извлечение орехов из их твердой оболочки и последующее устранение дефектов. В рамках второго подхода применялись машины для того, чтобы отделить скорлупу и исправить недочеты. А третий метод подразумевал предварительное подогревание орехов, что предшествовало их дальнейшей обработке. После того как каждая группа орехов прошла один из этих процессов, из них извлекли масло. Следующим этапом стало взвешивание полученных масел, чтобы определить их объем после применения разных методов подготовки.

Исследование выявило, что количество добываемого масла напрямую коррелирует с выбранным способом предварительной обработки орехов. Оптимальный результат достигается при тепловой обработке орехов, поскольку тепло способствует разрушению клеточных барьеров, что облегчает освобождение масла. Альтернативный метод, представляющий собой механическую обработку, также показал свою результативность, упрощая удаление оболочки и исправление дефектов, что положительно сказывается на количестве извлекаемого масла [10].

Исследование выявило, что классический подход к обработке орехов, включающий в себя вручную проводимую сортировку и очистку от оболочек, не является оптимальным для извлечения максимального количества масла. Присутствует риск снижения уровня добычи ценного продукта в ходе таких операций. В свою очередь, тепловая обработка орехов демонстрирует значительно лучшие результаты, обеспечивая более высокую отдачу масла, что делает её предпочтительным методом. Следует отметить, что механическая обработка также может быть адекватной альтернативой, учитывая специфические производственные условия и наличие необходимого оборудования. В целях достижения оптимальной эффективности извлечения масла, традиционные техники подготовки орехов рассматриваются как нежелательные [3].

Процесс извлечения масла может изменяться под влиянием различных методов, которые варьируются от использования холода до применения растворителей. Каждый способ выделения масла обладает своими уникальными характеристиками, влияющими как на качество так и на количество получаемого продукта [7].

При извлечении масла из орехов, результаты могут значительно меняться в зависимости от множества параметров. К примеру, более длительный процесс извлечения может способствовать увеличению объема масла, однако, это также может привести к усилению концентрации примесей. Важно также принимать во внимание, что орехи разных видов и происхождения могут отличаться по своему химическому составу, что, в свою очередь, влияет на эффективность процесса экстракции и конечное количество получаемого масла. Не менее значимы факторы, такие как условия, в которых орехи выращивались и обрабатывались, поскольку они тоже могут вносить изменения в состав сырья [4].

Факторы, влияющие на количество добываемого масла из орехов, разнообразны, но среди них выделяются два основных: размер частиц после измельчения и применение температурной обработки перед извлечением масла. Установлено, что измельчение орехов до более мелких фрагментов способствует лучшему доступу экстракционных агентов к липидам, что и обуславливает повышение эффективности получения масла [8].

В то же время, применение тепла к орехам перед процессом экстракции играет ключевую роль в улучшении их обрабатываемости. Это связано с разрушением структуры клеточных стенок под воздействием температуры, что облегчает высвобождение масла. Однако выбор правильной степени тепловой обработки критичен, поскольку неправильные температурные режимы могут привести к повреждению липидов, что снизит качество конечного продукта [14]. Кроме того, исследования показали, что использование различных растворителей также оказывает влияние на выход масла.

Исследование влияния подготовки орехов на выход масла позволяет сделать вывод о необходимости оптимальной подготовки орехов перед экстракцией. Практическое применение полученных результатов может значительно повлиять на эффективность и качество производства масла из орехов.

Выход масла из обжаренных ядер орехов карите варьировался от 41,48 до 54,41 %, в зависимости от условий обжарки (рисунок 1). Обработка обжаркой приводила к различным изменениям в ядрах орехов, включая разрушение жировых клеток, денатурацию белка и снижение вязкости масла. Эти изменения способствовали увеличению выхода масла при отжиме. Было обнаружено, что выход масла из ядер орехов карите увеличивается с увеличением времени обжарки. Самый высокий выход масла (54,41 %) был получен при обжарке образца при 120 ° C в течение 30 минут, что значительно превышало выход масла из необжаренного образца (41,48 %).

Рис. 1. Выходы экстракции для ядер орехов карите, обжаренных при разной температуре и продолжительности

В таблице 1 представлены жирнокислотные составы масла орехов карите, которое было получено путем отжима обжаренных ядер орехов карите при различных условиях обжарки. Во всех образцах, которые были исследованы, наибольшее количество жирных кислот составляла линолевая кислота (С18:2), соответственно от 50,74 % до 62,65 %. Затем следовала олеиновая кислота (С18:1) с 13,33 % до 20,88 %, линоленовая кислота (С18:3) с 12,39 % до 17,59 %, пальмитиновая кислота (С16:0) с 7,08 % до 9,41 % и стеариновая кислота (C18:0) с 1,22 % до 2,44 %. Насыщенные жирные кислоты (ПНЖК) были основными жирными кислотами в диапазоне от 68,33 % до 77,06 %, в то время как мононенасыщенные жирные кислоты (МЖК) составляли от 13,33 % до 20,88 %.

В масле орехов карите, линолевая кислота выступает в качестве основной жирной кислоты. Произошла обнаружение самого низкого содержания линолевой кислоты в образцах, которые были подвергнуты нагреванию при температуре 120 °C в течение 30 минут. С другой стороны, самое высокое содержание линолевой кислоты было обнаружено в масле орехов карите, которое было подвергнуто нагреванию при температуре 150 °C в течение 30 минут.

Таблица 1

Жирнокислотный состав (%) масла орехов карите при обжаривании ядер орехов карите при различной температуре и продолжительности

Пример		Пальминовая кислота	Стеариновая кислота	Олеиновая кислота	Линолевая кислота	Линоленовая кислота	СФА	МУФА	ПНЖК
Оригинал		7,08±0,08	2,43±0,03	15,79±0,08	62,31±0,11	9,51±0,12	9,51±0,12	15,79±0,08	74,71±0,19
120С	10 мин	7,99±0,13	1,26±0,25	17,97±0,05	58,87±0,35	9,24±0,38	9,24±0,38	17,97±0,05	72,80±0,43
	20 мин	8,70±0,06	1,57±0,02	19,02±0,09	54,03±0,45	10,28±0,04	10,28±0,04	19,02±0,09	70,72±0,06
	30 мин	9,41±0,13	1,39±0,08	20,88±0,18	50,74±0,28	10,80±0,22	10,80±0,22	20,88±0,18	68,33±0,04
150С	10 мин	8,84±0,36	1,67±0,01	18,73±0,33	55,68±0,70	10,51±0,37	10,51±0,37	18,73±0,33	70,77±0,04
	20 мин	7,41±0,24	1,22±0,25	16,28±1,19	60,92±2,09	8,63±0,01	8,63±0,01	16,28±1,19	75,10±1,18
	30 мин	8,14±1,19	1,89±0,67	13,82±3,01	62,65±1,07	10,02±0,51	10,02±0,51	13,82±3,01	76,16±2,50
180С	10 мин	7,15±0,11	2,33±0,01	15,91±0,02	61,57±0,06	9,48±0,11	9,48±0,11	15,91±0,02	74,62±0,08
	20 мин	7,82±1,03	1,80±0,72	13,33±3,42	62,46±0,93	9,61±0,31	9,61±0,31	13,33±3,42	77,06±3,17
	30 мин	7,10±0,13	2,44±0,00	16,62±0,07	61,45±0,07	9,54±0,13	9,54±0,13	16,62±0,07	73,84±0,06

Сопроцесс обжарки не оказал влияния на характер жирных кислот в ореховом масле карите, однако состав жирных кислот несколько изменился после проведения обжарки. Умеренная обжарка способна повысить содержание ненасыщенных (олеиновой и линолевой) и насыщенных (пальмитиновой) жирных кислот, особенно в образце, подвергнутом обжарке при температуре 120 °C в течение 30 минут. Результаты исследования Вайдьи и Ын показали, что отсутствует существенное различие в составе жирных кислот в масле карите, полученном из обжаренных и необжаренных ядер орехов карите, независимо от времени и температуры обжарки [15].

В таблице 2 представлены физико-химические характеристики масла орехов карите. Низкое содержание кислот (AV) (0,12–0,37 мг NaOH / г) указывает на то, что обработка обжаркой не приводит к образованию свободных жирных кислот в масле орехов карите.

Степень прогорклости масла можно определить с помощью показателя значения окисления (POV), который основан на измерении продуктов окисления масла. Проведенные исследования показали, что при повышении температуры и времени обжаривания, POV значительно увеличивается: с 1,77 ммоль/кг (при 120 °C, 10 минут) до 3,98 ммоль/кг (при 180 °C, 30 минут). Это свидетельствует о том, что процесс обжаривания способствует образованию перекисей и гидроперекисей в масле из орехов карите. Однако, несмотря на это, результаты POV остаются в пределах стандартов для коммерческих пищевых растительных масел, которые составляют ≤10 ммоль/кг.

Таблица 2

Содержание перекиси, кислоты и тиобарбитуровой кислоты в масле орехов карите при обжаривании ядер орехов карите при различ-ной температуре и продолжительности

Пример		POV (ммоль/кг)	AV (мг NaOH /г)	TBA
Оригинал		1,59±0,09	0,12±0,25	0,0313±0,0019
120С	10 мин	1,77±0,05	0,23±0,23	0,0315±0,0006
	20 мин	1,93±0,02	0,23±0,21	0,0318±0,00056
	30 мин	2,00±0,02	0,20±0,10	0,0268±0,0010
150С	10 мин	2,34±0,04	0,29±0,17	0,0285±0,0006
	20 мин	2,57±0,06	0,37±0,10	0,0303±0,00106
	30 мин	2,71±0,07	0,21±0,15	0,0270±0,00006
180С	10 мин	3,58±0,09	0,19±0,10	0,0270±0,00006
	20 мин	3,83±0,05	0,26±0,31	0,0355±0,0013
	30 мин	3,98±0,12	0,34±0,53	0,0318±0,00096

Влияние TBA на продукты окисления, такие как альдегиды ненасыщенных жирных кислот, используемые для оценки степени окисления на различных этапах окисления, было исследовано. Полученные значения TBA после процесса обжаривания оказались в диапазоне от 0,0268 до 0,0318. Обнаружено, что наименьшая степень окисления наблюдалась при обжаривании при температуре 120 °C в течение 30 минут, 150 °C в течение 30 минут и 180 °C в течение 10 минут.

В таблице 3 представлены результаты исследования показателей, связанных с способностью масла орехов карите к удалению свободных радикалов (FRAP, ABTS и DPPH) и основного индекса стабильности (OSI) при различных условиях процесса обжарки. Для ускорения окисления масла орехов карите было проведено воздействие высокой температуры (110 °C) и потока воздуха со скоростью 20 л/ч (39). Оценка окислительной стабильности масла орехов карите осуществлялась путем измерения времени от периода индукции до периода окисления. Полученные результаты показали, что время выдержки масла орехов карите варьировало в диапазоне от 4,53 до 5,57 часов, что свидетельствует о увеличении времени выдержки после обжарки.

Таблица 3

Индекс окислительной стабильности (h) и способность к удалению свободных радикалов (мкмоль ТЕ /л) масла орехов карите при обжаривании ядер орехов карите при различной температуре и продолжительности

Пример		ДППХ	АБЦ	ФРАП
Оригинал		4,53±0,31	30,00±0,72	101,41±2,86
120С	10 мин	4,68±0,12	14,76±0,42	106,13±1,616
	20 мин	5,34±0,30	95,48±0,83	119,4±1,22
	30 мин	4,77±0,13	26,44±0,72	102,31±0,66
150С	10 мин	4,78±0,24	21,44±0,72	109,07±0,266
	20 мин	4,69±0,23	29,76±0,83	100,10±1,46
	30 мин	5,57±0,20	38,80±0,42	106,85±2,236
180С	10 мин	5,14±0,08	15,42±0,42	88,19±0,16
	20 мин	5,45±0,19	19,76±1,10	96,99±2,93
	30 мин	5,41±0,13	36,68±0,42	91,19±3,23

В ходе проведенного исследования было обнаружено, что процесс обжарки способен значительно усилить антиоксидантные свойства масла орехов карите, а также повысить его способность к удалению свободных радикалов и сокращение индекса окислительного стресса (OSI). Эти результаты согласуются с предыдущими исследованиями, проведенными Aleksander и его коллегами, которые также показали, что масло рапса после обжарки обладает антиоксидантной активностью. Подобные изменения в антиоксидантной активности отмечены и при обжаривании семян Сача инчи, что указывает на наличие многочисленных фенольных соединений с антиоксидантными свойствами в растениях [9].

Фенольные соединения, присутствующие в масле, могут быть разрушены в результате обработки обжаркой, что приводит к разрыву ковалентных связей и высвобождению этих соединений в свободной форме. Интересно отметить, что после проведения обжарки наблюдается значительное увеличение антиоксидантной способности масла. Такое явление может быть объяснено разложением некоторых термочувствительных антиоксидантных компонентов и образованием термостойких антиоксидантных соединений. Кроме того, при обработке обжаркой могут образовываться некоторые антиоксиданты с потенциальной антиоксидантной активностью по реакции Майяра.

Литература:

1. Аблатыпов, Т. Г. Достижение удовлетворенности потребителей / Т. Г. Аблатыпов // Методы менеджмента качества. –2022. — № 12. — С. 28–32.
2. Азгальдов, Г. Г. Деревья свойств в оценке качества продукции / Г. Г. Азгальдов, Т. Н. Береза; М.: ЦЭМИ РАН, 2019. — 98 c.
3. Царегородцева Е. В. Требования к безопасности и качеству продуктов питания в Европейском союзе и России // Вестник Марийского государственного университета. Сер. «Сельскохозяйственные науки. Экономические науки». 2021. Т. 3. № 4 (12). С. 52–57.
4. Матисон В. А., Арутюнова Н. И. Качество продуктов питания // Пищевая промышленность. 2022. № 4. С. 50–54.
5. Эквиваленты масла какао, улучшители масла какао SOS-типа, заменители масла какао POP-типа. Метод определения температуры застывания = Cocoa butter equivalents, cocoa butter improvers of SOS-type, cocoa butter extenders of POP-type. Method for determination of solidification point: национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р 54652–2011: введен впервые: введен 2013–01–01 / Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. — Москва: Стандартинформ, 2022. — III, 7 с.
6. Bang H. J., Kim C. T., Kim B. H. Liquid and Gas Chromatographic Analyses of Triacylglycerols for Asian Sesame Oil Traceability. Eur. J. Lipid Sci. Technol. 2022;116:1354–1362.
7. Bootello M. A., Garcés R., Martínez-Force E., Salas J. J. Effect of Solvents on the Fractionation of High Oleic–High Stearic Sunflower Oil. Food Chem. 2022;172:710–717.
8. Cebula D. J., Smith K. W. Differential Scanning Calorimetry of Confectionery Fats: Part II–Effects of Blends and Minor Components. J. Am. Chem. Soc. 1992;69:992–998. doi: 10.1007/BF02541064.
9. Kang K. K., Jeon H. J., Kim I. H., Kim B. H. Cocoa Butter Equivalents Prepared by Blending Fractionated Palm Stearin and Shea Stearin. Food Sci. Biotechnol. 2022;22:347–352.
10. Kang K. K., Kim S., Kim I. H., Lee C., Kim B. H. Selective Enrichment of Symmetric Monounsaturated Triacylglycerols from Palm Stearin by Double Solvent Fractionation. LWT–Food Sci. Technol. 2022; 51:242–252.
11. Kim B. H., Akoh C. C. Recent Research Trends on the Enzymatic Synthesis of Structured Lipids. J. Food Sci. 2019; 80:C1713–C1724.
12. Pirouzian H. R., Konar N., Palabiyik I., Oba S., Toker O. S. Pre-Crystallization Process in Chocolate: Mechanism, Importance and Novel Aspects. Food Chem. 2020;321:126718. doi: 10.1016/j.foodchem.2020.
13. Shukla V. K. S. Cocoa Butter, Cocoa butter Equivalents, and Cocoa Butter Substitutes. In: Akoh C. C., editor. Handbook of Functional Lipids. 1st ed. CRC Press; New York, NY, USA: 2021. pp. 279–307.
14. Timms R. E. Processing Methods. In: Timms R. E., editor. Confectionery Fats Handbook: Properties, Production and Application. 1st ed. Oily Press; Bridgwater, UK: 2019. pp. 105–142.
15. Wähnelt S., Teusel D., Tülsner M. Influence of Isomeric Diglycerides on Phase Transitions of Cocoa Butter–Investigation by Isothermal DSC. Fat Sci. Technol. 1991;93:174–178.