Химический состав масличных семян исключительно разнообразен. Все вещества, содержащиеся в семенах, образуются в результате фотосинтеза из относительно ограниченного набора соединений, поступающих в растение путем корневого питания. Вещества, ассимилируемые в созревающих семенах, вовлекаются затем в несколько основных потоков синтеза. Например, в семенах растений, запасающих полисахариды, продукты фотосинтеза и корневого питания в основном вовлекаются в синтез полисахаридов. В семенах растений семейства бобовых синтезируется преимущественно белок — основное запасное вещество. К группе масличных относятся растения, у которых в созревающих семенах синтезируются преимущественно запасные липиды.

Как правило, в растении синтезируется ведущая группа веществ с однотипным строением, но не с одинаковым, что обусловлено комплексом изменяющихся внешних условий и разнокачественностью семян. В результате запасные вещества, синтезируемые в семенах (липиды, белки, полисахариды), всегда представляют собой смесь соединений, близких по химическому строению. Помимо основной группы происходит синтез дополнительных веществ, и соотношение массовых долей веществ основной и дополнительных групп в семенах достаточно постоянно для растений различных видов и семейств.

Взаимосвязь потоков синтеза, обусловленная общими исходными материалами, ведет к возникновению биохимических корреляций между отдельными компонентами, входящими в состав семян. Характерным примером количественной биохимической корреляции может служить соотношение между накоплением в масличных семенах белков и липидов. В большом числе случаев при увеличении накопления липидов в семенах неизбежно снижается накопление белка, и наоборот. Это свидетельствует о тесной взаимосвязи синтеза ведущих компонентов. Как правило, суммарное содержание белков и липидов в семенах остается на одном уровне.

Наиболее важной составной частью масличных семян являются липиды. Липидами называют практически нерастворимые в воде компоненты клетки, которые могут быть экстрагированы из нее органическими растворителями малой полярности. Взаимная растворимость любых веществ зависит от соотношения сил молекулярного взаимодействия в растворителе и растворяемом веществе. Чем ближе по величине силы взаимодействия молекул, тем выше их взаимная растворимость. Величину сил межмолекулярного взаимодействия можно охарактеризовать различными способами, например величиной диэлектрической проницаемости вещества, которая позволяет судить о степени полярности молекул, составляющих вещество.

Диэлектрическая проницаемость большинства растительных масел 3,0...3,2, и только у касторового масла она несколько выше – 4,6...4,7. Растительные масла хорошо растворяются в растворителях, имеющих величину диэлектрической проницаемости, близкую к маслам. Так, при 20° С диэлектрическая проницаемость экстракционного бензина около 2,0, гексана –1,89, бензола – 2,20, диэтилового эфира – 4,34. Эти растворители очень хорошо растворяют масла. Дихлорэтан (диэлектрическая проницаемость 10,45) и ацетон (диэлектрическая проницаемость 21,5) также растворяют масла, но медленнее. Этанол и метанол (их диэлектрические проницаемости 24,3 и 32,63 соответственно) растворяют масла уже при повышенных температурах. Растворимость масел в воде, диэлектрическая проницаемость которой 81,0, ничтожно мала.

Хорошая растворимость растительных масел в растворителях, имеющих близкую к ним величину диэлектрической проницаемости, позволяет сравнительно легко отделять основную массу липидов от других органических веществ семян. Эта основная масса липидов масличных растений получила название свободных. Некоторая часть липидов связана в семенах с белками и полисахаридами более прочными связями, а при обработке семян малополярными растворителями (например, гексаном или бензином) извлекается лишь частично. Чтобы извлечь такие связанные липиды, необходимо предварительно разрушить их связи с нелипидными компонентами семян. Частично этого можно добиться при тепловой обработке семян, иногда при интенсивном измельчении семян, а также при действии растворителей несколько большей полярности (этанолом, ацетоном) при повышенных температурах.

Наиболее полное извлечение липидов происходит при обработке измельченных семян спиртовым раствором щелочи при повышенных температурах. При этом полностью разрушаются связи липидов с белками и полисахаридами. Липиды переходят в раствор в виде продуктов щелочного гидролиза. Извлеченные после такой обработки липиды называют прочносвязанными. Таким образом, состав и количество извлекаемых липидов в зависимости от способов обезжиривания материала, вида и полярности растворителя, характера подготовки обезжириваемого материала к извлечению липидов (степени измельчения, глубины подсушивания) непостоянны и меняются в достаточно широких пределах.

До настоящего времени отсутствует строгая химическая классификация липидов. Это обусловлено большим разнообразием структурных компонентов и многовариантностью их связей с основной тканью. По взаимодействию со щелочами липиды подразделяют на две группы — омыляемые и неомыляемые (рис.). Омыляемые липиды при взаимодействии со щелочами гидролизуются с отщеплением жирных кислот, соединенных сложноэфирной связью, и образуют соли высших жирных кислот — мыла. К омыляемым липидам относятся простые и сложные липиды. Первые состоят только из остатков жирных кислот и одно-, двух- или трехатомных спиртов, образующих сложные эфиры, в состав вторых входят сложные эфиры остатков жирных кислот и спиртов с замещенными группами.

Неомыляемые липиды не содержат жирно-кислотных остатков, соединенных сложноэфирной связью, поэтому при взаимодействии со щелочами не гидролизуются с освобождением жирных кислот и не образуют мыл. В группу неомыляемых липидов входят изопреноиды – стеролы, каротиноиды, хлорофиллы, жирорастворимые витамины и провитамины, а также другие изопреноидные соединения.

Многие неомыляемые липиды присутствуют в семенах всех масличных растений и могут быть идентичны для всех растений (например, токоферолы), но содержатся в различных соотношениях. Как правило, они имеют характерное для данного вида растения строение, но сохраняют общую химическую структуру.

Наряду с такими веществами присутствуют специфические для данного масличного растения соединения – сесквитерпен госсипол и его производные в хлопковом масле, сезамин – в кунжутном, тиогликозиды и их производные – в масле растений семейства Капустные.

Липиды масличных семян можно разделить на группы в зависимости от биохимической функции. Основную массу липидов семян и плодов составляют запасные липиды, выполняющие в клетках энергетическую функцию. Они легко извлекаются из тканей семян и относятся к свободным липидам. У масличных растений запасные липиды представлены триацилглицеролами, которые составляют 95...97 % получаемых из семян растительных масел.

Структурные липиды образуют биомембраны клетки. По массе их значительно меньше, чем запасных. Это трудноизвлекаемые связанные и прочносвязанные липиды.

Наконец, липиды масличных семян можно разделить по величине полярности их молекул на нейтральные и полярные. Такое разделение основано на их растворимости в органических растворителях различной полярности. Нейтральные липиды легче растворяются в гексане, бензине, диэтиловом эфире, а полярные – в ацетоне и этаноле. Кроме того, при лабораторном разделении нейтральные липиды значительно слабее полярных удерживаются на хроматографических колонках из оксида алюминия и силикагеля.

В липидную фракцию, извлекаемую из масличных плодов и семян, как правило, входят также продукты неполного синтеза или гидролиза всех рассмотренных групп липидов. Разнокачественность семян, поступающих на переработку, обусловливает присутствие среди них недозревших семян с незавершенным синтезом липидов. С другой стороны, в семенной массе могут присутствовать отдельные семена, поврежденные микрофлорой и частично испорченные в результате хранения при повышенных температуре и влажности. В липидном комплексе таких семян возникают процессы гидролитического и окислительного распадов.

Липидный состав готовых растительных масел еще больше усложняется в результате образования продуктов изменения природных групп липидов семян под воздействием условий хранения семян и технологических факторов при обезжиривании и рафинации. Продукты гидролиза, окисления, полимеризации и деструкции отдельных групп липидов создают очень сложную смесь переменного состава. Кроме того, в липидном комплексе семян и получаемых из них масел могут находиться растворимые в липидах чужеродные соединения, попадающие в семена из атмосферы и почвы при созревании, уборке и послеуборочной обработке. Возможно также присутствие в липидах растворимых продуктов жизнедеятельности микрофлоры, развивающейся на семенах в процессе хранения. Многие из этих соединений снижают питательную ценность масла и других продуктов переработки масличных семян и даже токсичны или проявляют нежелательное воздействие на организм человека.

По содержанию липидов масличные семена условно подразделяют на низко-, средне- и высокомасличные. В низкомасличных семенах содержание липидов (масличность) 15...35 %, на 1 г нелипидной части ядра приходится 0,18...0,54 г масла. В среднемасличных семенах содержание липидов 36...55 %, на 1 г нелипидной части ядра приходится 0,55...0,82 г масла. В высокомасличных семенах содержание липидов 56...75 % и выше и на 1 г нелипидной части ядра приходится 0,83...3,0 г и более масла.

Содержание жирных масел в семенах и плодах зависит от ряда факторов, в первую очередь от сортовых особенностей и условий выращивания масличных культур. В табл. приведено содержание липидов в наиболее распространенных видах масличного сырья, поступающего для промышленной переработки.
                   3. Химический состав клубней картофеля.

Химический состав клубней зависит от сорта, условий выращивания (климатических, погодных, типа почвы, применяемых удобрений, агротехники возделывания), зрелости клубней, сроков и условий хранения и др.

В среднем картофель содержит (в %): воды – 75; крахмала – 18,2; азо-

тистых веществ (сырой белок) – 2; сахаров – 1,5; клетчатки – 1; жиров – 0,1;

титруемых кислот – 0,2; веществ фенольной природы – 0,1; пектиновых веществ – 0,6; прочих органических соединений (нуклеиновых кислот, гликоалкалоидов, гемицеллюлоз и др.) – 1,6; минеральных веществ – 1,1. Условно различают сорта картофеля с высоким содержанием сухих веществ (более 25 %), средним (22–25 %) и низким (менее 22 %).

Крахмал составляет 70–80 % всех сухих веществ клубня. Находится крахмал в клетках в виде слоистых крахмальных зёрен размером от 1 до 100 мкм, но чаще 20–40 мкм. Содержание крахмала зависит от скороспелости сортов, которое выше у позднеспелых.

В процессе хранения количество крахмала в клубнях уменьшается в результате гидролитического распада его до сахаров. В большей мере снижается содержание крахмала при низкой температуре (1–2 °C). Сахара в картофеле представлены глюкозой (около 65 % к общему сахару), фруктозой (5 %) и сахарозой (30 %), в незначительном количестве встречается мальтоза, обычно при прорастании картофеля. Наряду со свободными сахарами в картофеле имеются фосфорные эфиры сахаров (глюкозо-1-фосфат, фруктозо-6-фосфат и др.).

Клубни содержат в среднем: воды – 76,3 %; сухого вещества – 23,7 %, в том числе: крахмала – 17,5 %; сахаров - 0,5 %; белка – 1–2 %; минеральных солей – около 1 %.

Максимальное содержание сухого вещества в клубнях 36,8%, крахмала 29,4%, белка 4,6%, витаминов С, В₁, В₂, В₆, РР, К и каротиноидов.

 В зрелом картофеле сахаров немного (0,5–1,5 %), но они могут накапливаться (до 6 % и более) или исчезать полностью, что наблюдается при длительном хранении. Решающим фактором при этом является температура. Биологической основой изменения содержания сахароз служит различная скорость одновременно протекающих в клубнях трёх основных процессов углеводного обмена: осахаривания крахмала, синтеза крахмала из сахаров и окислительного распада сахаров при дыхании. Эти процессы регулируются соответствующими ферментнымисистемами. Установлено, что при температуре 10 °C в 1 кг клубней образуется 35,8 мг сахара и столько же расходуется, при меньшей температуре (0-10 °C) – наблюдается накопление сахара в клубне (по достижении определённого уровня содержание сахаров остаётся постоянным), а при температуре большей 10 °C сахар больше расходуется, чем образуется. Таким образом, накопление сахара можно регулировать, изменяя температуру хранения. Накопление сахаров в клубнях во время хранения значительно зависит и от сорта картофеля.

Повышение содержания сахаров более чем на 1,5–2 % отрицательно сказывается на качестве картофеля (при варке он темнеет за счёт образования меланоидинов, приобретает сладкий вкус и др.).

Сырой клетчатки в клубне содержится около 1 %, примерно столько же и гемицеллюлоз, главным образом пентозанов, составляющих вместе с клетчаткой основную массу клеточных стенок. Наибольшее количество клетчатки и пентозанов находится в перидерме, значительно меньше их в коре и ещё меньше в зоне сосудистых пучков и сердцевине.

Пектиновые вещества являются полимерными соединениями с большой молекулярной массой. Они построены из остатков галактуроновой кислоты, являющейся продуктом окисления галактозы. Среднее содержание пектиновых веществ в картофеле составляет 0,7 %. Эти вещества неоднородны и встречаются в виде протопектина, пектина, пектиновой и пектовой кислот. Последние три соединения обычно называют пектинами (пектином).

Протопектин нерастворим в воде и находится в связанном состоянии, образуя межклеточную прослойку в растительных тканях. Он служит как бы цементирующим материалом для клеток, обусловливая твёрдость тканей. Существует мнение, что протопектин состоит из молекул пектиновых кислот, цепочки которых связаны между собой через ионы кальция, магния и фосфорнокислые «мостики»; при этом молекула протопектина может образовывать комплексы с целлюлозой и гемицеллюлозами.

Под действием ферментов, при кипячении в воде, нагревании с разбавленными кислотами и щелочами происходят гидролиз протопектина с образованием растворимого в воде пектина. Этим объясняется размягчение картофеля в процессе варки.

Пектин является сложным эфиром метилового спирта и пектиновой кислоты. Молекулы пектиновой кислоты содержат мало метоксильных групп, а молекулы пектовой кислоты не содержат их вовсе. Все эти соединения растворимы в воде, находятся в клеточном соке. Пектиновые вещества, обладая большой гидрофильностью, способностью к набуханию и коллоидным характером растворов, играют важную роль в качестве регуляторов водного обмена в растениях, а в продуктах — в формировании их структуры.

Азотистые вещества в картофеле составляют 1,5–2,5 %, из них значительная часть – белки. Белкового азота в целом в 1,5–2,5 раза больше, чем небелкового. Среди небелковых веществ в заметных количествах содержатся свободные аминокислоты и амиды. Незначительная часть азота представлена в нуклеиновых кислотах, некоторых гликозидах, витаминах группы В, в виде аммиака и нитратов. Основной белок картофеля – туберин – является глобулином (55–77 % всех белков); на долю глутаминов приходится 20–40 %. По биологической ценности белки картофеля превосходят белки многих зерновых культур и мало уступают белкам мяса и яйца. Полноценность белков определяется составом аминокислот и, в частности, соотношением незаменимых аминокислот. В картофельном белке и в составе свободных аминокислот картофеля содержатся все аминокислоты, встречающиеся в растениях, в том числе в удачном соотношении незаменимые: лизин, метионин,

треонин, триптофан, валин, фенилаланин, лейцин, изолейцин.

Из амидов в клубнях содержатся аспарагин и глутамин; среди азотсодержащих гликозидов – соланин и чаконин, обусловливающие горечь кожицы, иногда и мякоти, сосредоточенные в основном в покровных тканях и верхних слоях клубня. Содержание гликоалкалоидов (соланина) в картофеле около 10 мг%. повышается при прорастании клубней и хранении на свету. Азотистые вещества распределены в клубне неравномерно: меньше в зоне сосудистых пучков, увеличиваясь в направлениях к поверхности клубня и внутрь. Содержание белка наибольшее в коре и зоне сосудистых пучков и уменьшается к внутренней сердцевине, а небелкового азота, наоборот, больше всего во внутренней сердцевине и уменьшается к поверхности клубня.

Ферменты представляют собой органические катализаторы, образующиеся в живых клетках в незначительных количествах в клубнях картофеля особое место занимают гидролазы – амилаза (α и β), сахараза (инвертаза); оксидоредуктаза β), полифенолоксидаза (тирозиназа), пероксидаза, аскорбиназа, каталаза и др.; эстеразы – фосфорилаза и др. Амилаза осуществляет гидролиз крахмала до мальтозы и декстринов, инвертаза расщепляет сахарозу на глюкозу и фруктозу. Полифенолоксидаза окисляет фенольные соединения, а пероксидаза, кроме того, и ароматические амины. Каталаза разлагает пероксид водорода на воду и кислород. Оксидоредуктазы играют важную роль в дыхании.

Важной задачей при производстве картофелепродуктов является инактивация ферментов. В процессе технологической обработки разрушается наружный слой картофеля. Создаются благоприятные условия для взаимодействия легкоокисляющихся веществ (полифенолов) с кислородом воздуха при катализирующем действии окислительных ферментов (пероксидазы и др.). В результате образуются тёмноокрашенные вещества – меланины, которые ухудшают внешний вид и другие качества продуктов. Предотвращение ферментативных реакций достигается рядом мер: термической обработкой, в результате которой белковый носитель свёртывается, что приводит к инактивации ферментов; применением веществ (ингибиторов), образующих комплексы с хинонами перед их полимеризацией; связыванием ионов тяжёлых металлов.

В качестве ингибиторов ферментативных реакций наиболее часто применяются сернистые соединения, аскорбиновая кислота, лимонная кислота и другие.

Витамины обусловливают биологическую ценность картофеля как пищевого продукта. В клубнях картофеля в среднем содержится (в мг на 100г): витамина С – 12; РР – 0,57; В₁ – 0,11; В₂ – 0,66; B₆ – 0,22; пантотеновой кислоты 0,32; каротина (провитамина А) следы; инозита 29. В незначительных количествах обнаружены биотин (витамин Н) и витамины Е, К и др.

Органические кислоты обусловливают кислотность клеточного сока картофеля. Значение рН для картофеля установлено в пределах 5,6–6,2. Картофель содержит лимонную, яблочную, щавелевую, изолимонную, молочную, пировиноградную, винную, хлорогеновую, хинную и другие органические кислоты. Наиболее богат картофель лимонной кислотой. При переработке на крахмал 1 т картофеля дополнительно получают не менее 1 кг лимонной кислоты. Из минеральных кислот в клубнях преобладает фосфорная, по содержанию которой можно судить о накоплении фосфора.

Жиры и липиды в картофеле составляют в среднем 0,10–0,15 % сырой массы. В жирах обнаружены пальмитиновая, миристиновая, линолевая илиноленовая кислоты. Две последние имеют важное пищевое значение, так как они не синтезируются в организме животных.

Большое значение имеет картофель как источник минеральных веществ. В картофеле они в основном представлены солями калия и фосфора; имеются также натрий, кальций, магний, железо, сера, хлор и микроэлемен-

ты – цинк, бром, кремний, медь, бор, марганец, йод, кобальт и др. Общее содержание золы в клубне около 1 %, в том числе (в мг%): К₂О – около 600, Р – 60, Mg – 23, Са – 10. Распределены минеральные вещества в клубне неравномерно: больше всего их в коре, меньше – в наружной сердцевине, в верхушечной части больше, чем в основании.

Минеральные элементы в клубне в основном находятся в легкоусвояемой форме и представлены щелочными солями, которые содействуют поддержанию щелочного равновесия в крови.

Из красящих веществ в клубнях содержатся каротиноиды: 0,14 мг% в клубнях с жёлтой мякотью и около 0,02 мг% в клубнях с белой мякотью. В кожице найдены также флавоны, флавононы и антоцианы (цианидин, дельфинидин). Растение содержит кумарины, в том числе скополетин. Плоды и наземные части растения и долгохранящиеся клубни картофеля содержат алкалоид соланин, который может вызывать отравления у человека и животных.

Потребление 300 г картофеля обеспечивает получение организмом более 10 % энергии, почти полную норму витамина С, около 50 % калия, 10 % фосфора, 15 % железа, 3 % кальция.

Картофель варят как очищенным, так и неочищенным («в мундире»), что позволяет сохранить максимум полезных веществ. Его также готовят на углях или на пару, тушат, жарят во фритюре (см. картофель фри) и без него (см. жареный картофель). Картофель используется как в простых, так и в изысканных блюдах – для приготовления картофельного салата, картофельного пюре, супов, закусок вроде чипсов, дижестивов и даже десертов.

Один из рецептов приготовления традиционного русского блюда – блинов – предполагает использование картофеля вместо муки^[. В современной Исландии популярна водка, сделанная из картофеля.

При стандартном пищевом рационе картофель – один из основных поставщиков калия в организм. Однако, чтобы сохранить содержащиеся в нём ценные вещества, нужно научиться правильно его готовить. Варить картофель рекомендуется в небольшом количестве воды: при варке в неё переходит бо́льшая часть витаминов. Также перед приготовлением не стоит держать картофель в воде в течение долгого времени. После долгого хранения на свету клубни зеленеют и становятся токсичными, непригодными к употреблению.

Свежий сок клубней и картофельный крахмал применяют в качестве обволакивающего и противовоспалительного средства при желудочно-кишечных заболеваниях: язве желудка и двенадцатиперстной кишки, а также гастрите с повышенной кислотностью желудочного сока. При изжоге полезно съесть мелко нарезанную сырую картофелину. При ожогах глаз ультрафиолетовым излучением от сварки помогает накладывание на веки сырого картофеля (нарезанного или натёртого.)

Полученный из картофеля крахмал является основой для изготовления присыпок, а также используется в качестве наполнителя для порошков и таблеток.

В народной медицине натёртый на тёрке свежий картофель используется при экземе и других поражениях кожи. Горячие варёные растёртые клубни картофеля употребляют при заболеваниях верхних дыхательных путей и лёгких. В этом случае быстрый положительный результат даёт вдыхание пара от горячего, только что сваренного картофеля.

Картофель широко используется в домашней косметике. Из него делают питательные маски для кожи лица и рук.