Перспективы малотоннажной переработки кедровых орехов в продукты пищевого и технического назначения

Решение проблем комплексной переработки растительной биомассы в ценные продукты пищевого и технического назначения особенно актуальны для Сибирского региона, на территории которого расположено до 19 % мировых запасов древесины. На территории РФ растет три вида кедровых сосен (кедров). Кроме кедра сибирского, на Дальнем Востоке широко распространен корейский, или маньчжурский кедр, а на северо-востоке Сибири – кедровый стланик или стланец.

Кедровая сосна сибирская занимает площадь около 40 млн га в РФ и 1.5 млн га в Монголии, а леса из кедровой сосны корейской – около 5 млн га в РФ и 11 млн га в Китае, Северной Корее и Японии. Кедровники Северной Америки занимают около 10 % площади всех кедровых левов [1].

Основные площади кедровников сосредоточены в Тюменской, Томской, Иркутской областях, Красноярском крае и Туве. Много горных кедровых лесов в Алтайском крае, Бурятии, Свердловской и Читинской областях, где кедр поднимается до высоты 700–800 м над уровнем моря. В Омской и Новосибирской областях кедр сибирский произрастает в северной их части отдельными разрозненными участками. На севере европейской части РФ чистых кедровников практически нет. Они распространены небольшими участками по 3–5 га. Небольшие кедровники имеются также в Республике Коми и в предгорных районах Северного Урала [2]. Данное рассмотрение позволяет заключить, что на территории Сибирского региона расположено до 60 % мировых запасов кедровой сосны и до 80 % мировых запасов кедровой сосны сибирской. Вследствие этого Сибирь может давать, по оценкам автора, в среднем около 10–12 млн тонн кедрового ореха ежегодно.

Кедровый орех – ценнейший пищевой продукт, который по калорийности, питательности и усвояемости превосходит мясо, хлеб, яйцо, коровьи сливки и другие. Из кедрового ореха также можно получать высококачественное кедровое масло, имеющее пищевое и техническое назначение. Для оценки перспектив переработки кедровых орехов в кедровое масло рассмотрим кратко данные по химическому составу кедровых орехов и характеристики масла, получаемого из ядер кедрового ореха.

В состав кедровых орехов из органических веществ входят жиры (жирное кедровое масло), азотистые вещества (в основном представлены белками), углеводы (крахмал и сахар), органические кислоты, дубильные вещества, витамины, а также минеральные вещества. В состав скорлупы, помимо клетчатки входят красящие вещества, лигнин, незначительное количество дубильных веществ, белки и жиры. Средний химический состав орехов сибирского кедра приведен в табл. 1.

Воды в кедровых орехах после сбора обычно содержится около 36 %, после сушки до воздушно-сухого состояния – около 9.3 %.

Из табл. 1 видно, что ядро кедрового ореха – богатейший источник жира и по количественному содержанию практически не уступает семенам других масличных растений (табл. 2).

Семена кедра сибирского содержат также значительное количество витаминов. Биологическая ценность ядер кедровых орехов обусловлена высоким содержанием тиамина (витамин В1) и токоферолов (витамин Е). Данные по химическому анализу показывают, что ядра кедровых орехов содержат в среднем 0.5–1.1 мг % витамина В1 и 40–60 мг % витамина Е.

Ценным элементом кедровых семян являются липоиды, особенно фосфотиды. Общее их содержание составляет в среднем около 1.3 %, что выше, чем у целого ряда масличных культур, и равноценно сое – наиболее богатому источнику фосфатидов среди растительного сырья.

Кроме того, в ядрах кедровых орехов содержится значительное количество минеральных веществ. Имеющиеся литературные данные показывают, что общее содержание металлов в ядрах кедрового ореха составляет в среднем 2.4–2.7 %. Установлено, что в семенах кедра присутствуют, как и у других орехоплодных пород, 5 макро- и 14 микроэлементов. Среди макроэлементов содержится фосфор, магний, кальций, натрий и калий, а среди микроэлементов – железо, марганец, медь, цинк и другие [4].

Таким образом, по своему химическому составу кедровые орехи относятся к уникальному высококалорийному питательному продукту, содержащему к тому же витамины и микроэлементы.

Высокое содержание в ядрах кедровых орехов жира (растительного масла), богатого витаминами, предопределяет их переработку с получением высококачественного кедрового масла для пищевых, медицинских и технических целей. Физико-химические показатели кедрового масла, полученного экстракцией диэтиловым эфиром (выход 60.0 %, время экстрагирования 4–5 час), приведены в табл. 3.

Кедровое масло – прозрачная жидкость светло-желтого цвета, обладающее приятным ароматом и прекрасным вкусом. Кедровое масло относится к высыхающим маслам, так как в его составе преобладают глицериды жидких жирных кислот, причем содержание глицеридов с ненасыщенными жирными кислотами достигает 94.8 % (см. табл. 3). Индивидуальный состав ненасыщенных жирных кислот глицеридов кедрового масла указывает на содержание линолевой кислоты (60.3 %), линоленовой кислоты (25.6 %) и олеиновой кислоты (14.1 %).

Твердые жирные кислоты представлены пальмитиновой и стеариновой кислотами с общим их содержанием 5.2 %.

Как видно из данных табл. 3, получаемое кедровое масло наряду с высоким содержанием глицеридов ненасыщенных и насыщенных жирных кислот (97.0 %), содержит значительное количество витамина В (тиамина и рибофлавина), витамина Е (токоферола) и F (ненасыщенные жирные кислоты, входящие в состав глицеридов).

Ценным компонентом кедрового масла являются липоиды, особенно фосфатиды, содержание которых составляет 1.23 % и по этому показателю кедровое масло равноценно соевому маслу.

Наибольшая биологическая активность кедрового масла обусловлена высоким содержанием тиамина и токоферола. По этим показателям кедровое масло превосходит практически все известные пищевые продукты, содержащие указанные витамины (см. табл. 4).

Таким образом, кедровое масло – ценнейший высококачественный пищевой продукт, содержащий наряду с глицеридами незаменяемых жирных кислот большое количество биологически активных веществ. Использование этого продукта в рационе питания человека, безусловно, необходимо для полноценной жизнедеятельности организма.

Кроме того, высокое содержание ненасыщенных жидких жирных кислот в составе глицеридов кедрового масла, обуславливает его практически полную аналогию с льняным маслом, имеющим достаточно широкое применение в технических целях.

Экспериментальная часть

Для получения кедрового масла использовали ядра кедрового ореха урожая 1997 г., собранного в Тасеевском районе Красноярского края. Измельченные ядра до размеров 1–2 мм исчерпывающе экстрагировали диэтиловым эфиром в аппарате Сокслета в течение 4–5 час. Полученный экстракт освобождали от эфира отгонкой последнего в вакууме и получали чистое кедровое масло со средним выходом 60.0 % в расчете на исходное высушенное при 55 оС сырье.

Количественное содержание свободных жирных кислот в кедровом масле определяли следующим образом. 20 г масла смешивали с 20 мл 5 % водного раствора KOH. После тщательного перемешивания при 20 оС с образованием солей свободных кислот водную фазу отделяли от масла, дважды экстрагировали диэтиловым эфиром для удаления следовых количеств масла. Полученный таким образом водный раствор солей свободных жирных кислот подкисляли серной кислотой до рН 4–5 и трижды экстрагировали диэтиловым эфиром. Полученные свободные кислоты метилировали с использованием диметилсульфата [5] и и определяли индивидуальный состав методом газо-жидкостной хроматографии на колонке хроматон NAW-HMDS+ %5 FFAP с программированным подъемом температуры от 100 до 200оС (хроматограф Хром-5, детектор – пламенно-ионизационный, пламя – водород + кислород).

Индивидуальный состав кислот, входящих в состав глицеридов, определяли после полного омыления кедрового масла в количестве 20 г 100 мл 7 % спиртовым раствором KOH. Полученные соли кислот переводили в водную фазу, подкисляли серной кислотой и трижды извлекали диэтиловым эфиром. Индивидуальный состав кислот, входящих в состав глицеридов, определяли методом газо-жидкостной хроматографии после их метилирования диметилсульфатом.

Содержание витаминов А (каротиноидов), В1 (тиамина) и Е (токоферола) в кедровом масле определяли по общепринятым методикам количественного анализа витаминов [6]. Воспроизводимость количественного определения отдельных компонентов составляла 98.5–99.0 %.

Список литературы

1. Лесная энциклопедия. Т. 1. М., 1986. 563 с.

2. Бех И.А., Таран И.В. Сибирское чудо-дерево. Новосибирск, 1979. 126 с.

3. Кутузов П.К.. Богатства кедровой тайги. Красноярск, 1955. 79 с.

4. Семена кедра сибирского / Под редакцией Н.Е. Судачковой. Новосибирск, 129 с.

5. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод, М., 1984. 447 с.

6. Фердман Д.Л., Сопин Е.Ф. Практикум по биологической химии. М., 1957. 292 с.