Dr hab. Małgorzata Nogala-Kałucka, prof. nadzw.
Katedra Biochemii i Analizy Żywności
Wydział Nauk o Żywności i Żywieniu
Akademia Rolnicza im. Augusta Cieszkowskiego
w Poznaniu
WPŁYW PROCESÓW TECHOLOGICZNYCH I OBRÓBKI KULINARNEJ NA JAKOŚĆ I WARTOŚĆ BIOLOGICZNĄ TŁUSZCZÓW JADALNYCH
Oleje i tłuszcze jadalne otrzymywane z nasion roślin oleistych są ilościowo coraz bardziej znaczącym składnikiem naszej diety. Wpływa to korzystnie na rozwój przemysłu tłuszczowego, jednocześnie zwiększając odpowiedzialność producentów za kształtowanie wysokiej jakości coraz szerszej gamy oferowanych tłuszczów roślinnych.
Produkty tłuszczowe - oleje, różne rodzaje margaryn, tłuszcze cukiernicze, piekarskie shorteningi oraz wiele innych obecnych na naszym rynku, podczas ich otrzymywania poddawane są wielu nie zawsze z żywieniowego punktu widzenia korzystnym procesom technologicznym wpływającym na obniżenie wartości biologicznej. Występujące w olejach i tłuszczach roślinnych związki zaliczane do biologicznie czynnych, w tym niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe (NNKT), związki witamino-E aktywne czy sterole, są wrażliwe na oddziaływanie różnych czynników w trakcie wszystkich etapów procesu rafinacji, magazynowania i przechowywania produktów tłuszczowych, a także w czasie późniejszej obróbki kulinarnej u potencjalnego konsumenta. Obecność w racjonalnej diecie nienasyconych kwasów tłuszczowych z szeregu n-6, witamin lipofilnych i steroli, z braku możliwości ich syntezy w naszym organizmie, jest konieczna i znacząca z uwagi na pełnienie przez te związki fizjologicznie ważnych funkcji.
Otrzymywanie olejów surowych na drodze tłoczenia i ekstrakcji nasion roślin oleistych oraz uzdatniający je do spożycia proces rafinacji, przeprowadzany w mniej lub bardziej drastycznych warunkach fizycznych i chemicznych, powoduje eliminowanie związków niepożądanych (np. wolnych kwasów tłuszczowych, produktów rozpadu i utleniania barwników), a jednocześnie utratę substancji biologicznie czynnych takich jak tokochromanole, karotenoidy, sterole czy polifenole. Podatność poszczególnych grup związków na działanie czynników destrukcyjnych w czasie przetwarzania i przechowywania olejów oraz produktów tłuszczowych jest zróżnicowana, a ich zawartość w spożywanej diecie w dużej mierze decyduje o biodostępności uwarunkowanej możliwościami uwolnienia tych związków ze struktury spożytego pokarmu w układzie trawiennym.
Oleje roślinne - rafinowane są produktami o najwyższym stopniu przetworzenia - poddane procesowi rafinacji mają skład znacznie różniący się od występującego w nasionach.
Jest to wynikiem przeprowadzonego procesu technologicznego, w którym obok substancji niepożądanych usuwane są związki żywieniowo korzystne. Olej surowy otrzymany z nasion oleistych metodą tłoczenia na gorąco i ekstrakcji rozpuszczalnikami poddawany jest skomplikowanej rafinacji, która pozwala na otrzymanie oleju o odpowiednich cechach organoleptycznych. Konsekwencją tego procesu jest uzyskanie nie tylko „oczyszczonego”, ale różniącego się pod względem chemicznym oleju.
Proces rafinacji rozpoczyna się od operacji odszlamowania, w którym usuwa się z olejów surowych śluzy, fosfatydy i białka, a następnie przeprowadzane odkwaszanie (neutralizacja) pozwala na wytrącenie wolnych kwasów tłuszczowych w postaci mydeł.
Bielenie, inaczej odbarwianie, polega na oddzieleniu z oleju barwników, a także resztek mydeł i fosfatydów na ziemi bielącej. Barwniki takie jak chlorofil są wysoce szkodliwymi składnikami olejów ze względu na szybkie przekazywanie przez te związki energii wychwyconej z widzialnego przedziału widma słonecznego reakcjom utleniania tłuszczów.
Dezodoryzacja (odwanianie) to ostatni etap procesu rafinacji mający na celu usunięcie z olejów substancji nadających nieprzyjemny smak i zapach, który tworzą niższe kwasy tłuszczowe o krótszych łańcuchach, związki lotne - aldehydy i ketony oraz węglowodory. Odwanianie olejów jest procesem o najszerszym spektrum niekorzystnych oddziaływań na wartość odżywczą i biologiczną oleju.
Najwartościowsze pod względem biologicznym tłuszcze roślinne to biooleje z uwagi na skład odpowiadający rzeczywistemu układowi wszystkich substancji występujących w nasionach, z których ten olej jest otrzymywany. Komisja Żywnościowa WHO/FAO podała definicję biooleju odpowiadającą olejowi dziewiczemu (tzw.virgin oil) oraz określiła warunki jego otrzymywania. Do uzyskiwania bioolejów dopuszczone zostały wyłącznie metody mechanicznie gwarantujące ich wysoką jakość. Tak więc jedyną drogą otrzymywania jest tłoczenie nasion roślin oleistych przy pomocy pras hydraulicznych bądź ślimakowych z zachowaniem odpowiednio niskiego reżimu temperaturowego. W celu usunięcia zanieczyszczeń z oleju dopuszczone są takie zabiegi jak przemywanie wodą i wirowanie lub dodatkowo sedymentacja i filtracja. Z olejów tych nie są usuwane fosfolipidy, tokoferole, sterole czy karotenoidy. A głównym warunkiem przy uzyskiwaniu wysokiej jakości tych olejów jest wykorzystywanie do produkcji wyselekcjonowanych nasion o pełnej dojrzałości.
Kryteria oceny jakości oleju wymagają analiz określających m.in. stopień nienasycenia, hydrolizy i zawartości nadtlenków, a pełna charakterystyka oleju - dokładnego oznaczenia składu kwasów tłuszczowych, zawartości metali ciężkich, a także stabilności oksydatywnej i ocenę aktywności przeciwrodnikowej. O szybkości przemian oksydatywnach olejów decydują rozpuszczone w nich substancje o właściwościach przeciwutleniajacych (zw. witamino-E aktywne, polifenole, karotenoidy, sterole) i proutleniających (barwniki chlorofilowe).
Oleje roślinne to przede wszystkim triacyloglicerole (do 95%), natomiast tłuszcze jadalne np. margaryny to także obecność innych składników jak woda, mleko, przy czym matryca tłuszczowa stanowi około 50% udziału w produkcie. Oleje typu bio- i tradycyjnie uzyskiwane zaleca się głównie z uwagi na obecność NNKT - kwasów z szeregu n-6 i n-3. Wartość biologiczna olejów i tłuszczów roślinnych głównie uwarunkowana jest długością łańcucha kwasów tłuszczowych, stopniem ich nienasycenia oraz konfiguracją przestrzenną. Polienowe kwasy tłuszczowe o konfiguracji cis w trakcie ostatniego etapu rafinacji - odwaniania, a także hydrogenacji olejów, ulegają izomeryzacji do kwasów o konfiguracji trans. Kwasy o konfiguracji trans mogą mieć wiązania nienasycone izolowane lub - w wyniku przetwarzania i niewłaściwego przechowywania - mogą się przesuwać w łańcuchu kwasu tłuszczowego i występować w bezpośrednim sąsiedztwie (wiązania sprzężone). Stwierdzono, że w jednostkowym procesie odwaniania olejów i ich utwardzania pod wpływem stosowanej wysokiej temperatury powstają izomery trans kwasów linolowego i linolenowego. Kwasy o konfiguracji trans nie wykazują aktywności biologicznej, stąd ich obecność w olejach utwardzonych, produktach tłuszczowych i żywności przygotowywanej z ich udziałem powoduje obniżenie wartości biologicznej tych produktów. W związku z tym określono jako dopuszczalną 2% ilość izomerów trans w składzie kwasów tłuszczowych w krajowych margarynach. W obecnej chwili, większość krajów zachodnich prowadzi już modyfikacje tłuszczów roślinnych na drodze reakcji przeestryfikowywania, która praktycznie eliminuje zjawisko izomeryzacji kwasów tłuszczowych.
Oleje i tłuszcze roślinne ulegają przemianom w trakcie przechowywania i przetwarzania żywności, tym szybciej, im większy jest stopień nienasycenia występujących w nich kwasów tłuszczowych. Wśród zachodzących przemian najważniejsze to autooksydacja tłuszczów oraz przemiany termiczne związane z wykorzystaniem tłuszczów jako medium grzejnego w czasie smażenia. W konsekwencji utleniania i przemian termicznych tłuszcze nie tylko tracą swoją aktywność biologiczną, ale ich pochodne mogą stać się czynnikami antyżywieniowymi. Najważniejsze z zachodzących zmian to utlenianie i rozkład witamin oraz polienowych kwasów tłuszczowych, a także interakcje pomiędzy produktami utleniania tłuszczów i białkami. W konsekwencji spożywania takiej żywności istotne może być również toksyczne oddziaływanie na nasz organizm produktów utleniania tłuszczów, do których zaliczamy nadtlenki , epoksydy, hydroksykwasy tłuszczowe, karbonyle, monomery cykliczne i dimery.
Od 0,5 do 5% ogólnej zawartości substancji tłuszczowych w olejach mogą stanowić związki o strukturze pierścieniowej, należące do frakcji nieglicerolowej. Są one składnikami istotnie wpływającymi na wartość biologiczną olejów roślinnych, ale także kształtują efektywność przeciwutleniającą w stosunku do występujących triacylogliceroli. Zaliczamy do nich związki witamino-E aktywne - 4 homologiczne tokoferole (α-T, β-T, γ-T, δ-T) oraz 4 tokotrienole (α-T-3, β-T-3, γ-T-3, δ-T-3). Zawartość tych substancji uzależniona jest od przeprowadzonych procesów technologicznych. Rafinacja olejów wpływa destrukcyjnie na poziom tokoferoli powodując ich straty. Przykładowo - ubytek tokoferoli podczas rafinacji oleju z oliwek sięga 15%, dla oleju sojowego wynosi około 35%, a najwyższe straty tych związków oznaczono w rafinowanym oleju rzepakowym i słonecznikowym blisko 40%. Znaczący rozkład witaminy E również obserwowano podczas składowania olejów roślinnych i jest on zależny od przemian oksydacyjnych, na które wpływa nie tylko początkowa zawartość nadtlenków i wolnych rodników w olejach, ale również jego rodzaj i stężenie początkowe homologicznych tokoferoli. Dodatkowymi czynnikami zewnętrznymi są: opakowanie - jego materiał i szczelność, temperatura składowania, rodzaj dostępnego promieniowania, zanieczyszczenia jonami metali (szczególnie żelaza i miedzi) oraz obecność barwników naturalnych. W zależności od efektywności przeciwutleniającej formy tokoferolu zaznaczają się różnice w indywidualnym rozkładzie tych związków. Najwyższą efektywność przeciwutleniąjącą .wyznaczono dla delta- i gamma-tokoferolu, natomiast najniższą dla alfa-tokoferolu. Odwrotnie przedstawia się ich aktywność biologiczna i najwyższą wykazuje alfa-T > beta-T > gamma-T> delta-T. W celu uzupełnienia strat spowodowanych procesami technologicznymi tłuszcze roślinne wzbogacane są w alfa-tokoferol. Do różnego typu margaryn dodawane są również witaminy A i D, aby składem witaminowym upodobnić je do masła.
Sterole stanowią główny składnik frakcji nieglicerolowej olejów roślinnych i sięgają nawet w oleju kukurydzianym do 80% całkowitej ilości jej komponentów. Najczęściej występującymi w olejach fitosterolami są kampesterol, stigmasterol, beta-sitosterol, barssikasterol i awenasterol.
Fitosterole zaliczane są do substancji biologicznych czynnych o działaniu przeciwutleniającym i przeciwpolimeryzacyjnym. Uczestnicząc w procesie utleniania tworzą oksyfitosterole.
Właściwości fitosteroli - w przeciwieństwie do cholesterolu - określa się jako efektywne w zwalczaniu hipercholesterolemii. Proces rafinacji olejów wpływa destrukcyjnie na poziom steroli, jednocześnie powodując powstawanie ich utlenionych odpowiedników. W trakcie tego procesu ubytek steroli jest nierównocenny. Największe straty następują podczas neutralizacji, odbarwiania i odwaniania sięgając do 50% ich początkowej zawartości. Natomiast przechowywanie przez 6 miesięcy olejów roślinnych powoduje mniejszy rozkład steroli i wynosi on dla oleju kukurydzianego 7%, słonecznikowego 11% oraz dla oleju sojowego i rzepakowego około 14%.
We wszystkich olejach i margarynach stwierdzono powstawanie w tym czasie oksyfitosteroli, ale nadal brak jest danych o właściwościach biologicznych tych utlenionych pochodnych. Tak więc dopiero rozpoczęte prace, pozwalające na ich rozdział i identyfikację, wyznaczają nowy kierunek badań, które pozwolą określić skutki pozytywne bądź negatywne oddziaływania tych związków na nasz organizm.
Substancje biologicznie czynne obecne tylko w tłuszczach roślinnych, a niezbędne do prawidłowego funkcjonowania naszego organizmu, mogą być dostarczone w postaci odpowiednio przygotowanych produktów żywnościowych. Stąd intensywnie prowadzone prace badawcze nad materiałem siewnym, optymalizowaniem warunków hodowli roślin oleistych, modernizowaniem linii produkcyjnych i procesów technologicznych, pozwalają na uzyskanie olejów oraz szerokiego asortymentu tłuszczów roślinnych o wysokiej jakości i wartości biologicznej.
Literatura
Akoh C.C., Min D.B.: Food lipids, Marcel Dekker Inc., New York, 2004.
Eitenmiller R., Lee J.: Vitamin E, Marcel Dekker, Inc., New York, 2004.
Gawęcki J.: Prawda o tłuszczach (praca zbiorowa), Akademia Rolnicza, Poznań 2000.
Gronowska-Senger A.: Podstawy biooceny żywności, SGGW, Warszawa 2004.
Gunstone FD., Padley F.B.: Lipids technologies and applications, Marcel Dekker Inc., New York, 1997.
Korczak J.: Utlenianie tłuszczu a bezpieczeństwo i wartość odżywcza żywności, Materiały Krajowego Seminarium -Bezpieczeństwo żywności -, Środkowo-Pomorska Rada NOT, Kołobrzeg, 2001.
Niewiadomski H.: Technologia tłuszczów jadalnych, PWNT, Warszawa 1993.
O'Brien R.D.: Fats and oils, CRC Press, Boca Raton, 2004.
Rudzińska M.: Studia nad tworzeniem się produktów utleniania fitosteroli podczas przechowywania i przetwarzania żywności, Praca dysertacyjna, Akademia Rolnicza, Poznań 2003.