Семена арбуза содержат от 15 до 45 % масла, по физико-химическим свойствам похожего на миндальное масло. Благодаря высокому содержанию витаминов В, С, РР, минералов (цинка и селена), каротина, токоферолов, полиненасыщенных жирных кислот, и других биологически активных веществ, масло обладает лечебно-профилактическими и противовоспалительными свойствами.
Это легкое масло, прекрасно подходящее всем типам кожи. Оказывает питающее, увлажняющее, защитное, регенерирующее, антивозрастное действие. Быстро впитывается, не нарушая клеточное дыхание и не препятствуя естественному выходу токсинов через кожу. Арбузное масло богато ненасыщенными жирными кислотами, прекрасно восстанавливает эластичность кожного покрова и гидролипидный барьер эпидермиса, является эффективным эмолентом, регулирует производство кожного сала. Подходит для ухода за волосами, увлажняя их и не засаливая, оно очень хорошо подходит для детской кожи.
Арбузное масло рекомендовано для профилактики мочекаменной болезни; изменяя физико-химический состав мочи, масло устраняет причину образования кальциевооксалатных камней в почках и способствует растворению ранее образованных камней.
Содержит большое количество селена и цинка, благодаря чему нормализует деятельность предстательной железы, препятствует ее воспалению (простатит), резко снижает вероятность перехода аденомы простаты в злокачественную опухоль, усиливает сперматогенез [5].
Цель данной работы – поиск оптимальных условий для экстракции жирных кислот диоксидом углерода в сверхкритической среде, а также изучение химического состава арбузного масла.
Материалы и методы исследования
Объектом исследования являлись семена арбуза сорта «Фотон», культивируемого в Астраханской области, сбор 2014 года.
Химический состав полученных образцов масел исследовали методом хромато-масс-спектрометрии на приборе Agilent с библиотекой 40 тыс. химических соединений, количественное определение компонентов масла проводили методом газожидкостной хроматографии на хроматографе Shimadzu Q12010 с масс-селективным детектором после превращения жирных кислот в соответствующие метиловые эфиры при обработке диазометаном. Эфирный раствор диазометана получали из N-нитрозо-N-метилмочевины по известной методике [1]. Для идентификации использовали библиотеку масс-спектров NIST02. Хроматографирование осуществляли на колонке MIDN-1 (метилсиликон, твердосвязанный).
Режимы экстракции масла из семян арбуза исследовали с использованием экстрактора SFE-500M1-2-FMC50, фирмы THAR (США).
Результаты исследования и их обсуждение
Растительные масла получают способом холодного или горячего прессования. Холодное прессование дает чистое масло, почти бесцветное, но с небольшим выходом. Горячее прессование дает больший выход, но в нем содержится некоторое количество примесей. Также для прессования семян требуется предварительное шелушение [4].
Разработан метод получения масла с помощью СВЧ-экстракции, при этом сохраняются основные биологически активные вещества.
Так же жирные масла получают экстрагированием органическими растворителями, низкокипящими бензинами, после чего экстрагент отгоняют, а масло тщательно очищают. Выход при этом наибольший. В сверхкритической флюидной экстракции в качестве экстрагента используется диоксид углерода, который после экстракции улетучивается [3].
Сверхкритические флюидные технологии являются перспективным способом переработки растительного сырья. Быстрое развитие данного направления связано с исключительной эффективностью и экологической чистотой, соответствующей требованиям, сформулированным в концепции «зеленой химии».
Сверхкритические среды – это газы, сжатые до плотностей, приближающихся к плотностям жидкостей. Они проявляют исключительно низкую вязкость и одновременно высокую диффузионную способность. Это объясняет тот факт, что сверхкритические среды являются хорошими растворителями.
Применение углекислого газа в качестве сверхкритического растворителя имеет следующие преимущества.
Диоксид углерода физиологически не вызывает опасений. Он находится в содержащих углекислоту напитках и в ряде случаев является конечным продуктом обмена веществ организма человека; он стерилен и бактериостатичен; не горюч и не является взрывчатым веществом, следовательно в технологическом цикле нет необходимости в специальных устройствах против возгорания и взрыва. Кроме того, углекислый газ безопасен для окружающей среды, его использование не приводит к образованию сточных вод и отработанных растворителей, тем самым исключаются дополнительные расходы; он может быть получен в больших объемах для производственных целей [2].
Непосредственно перед обработкой семена измельчались до размера частиц 1–3 мм.
Экстракция проводилась в 500 мл колонке (200 г. измельченного сырья) при 40 °С, потоке флюида 35 г/мин., сорастворитель этанол 5 г/мин. и варьировании давления и времени. Результаты представлены в сводной табл. 1.
Таблица 1
Влияние давления и времени на выход масла, в пересчете на очищенное сырье
|
Продолжительность экстракции, мин. |
Давление, атм. |
Выход, % |
|
30 |
200 |
14,2 |
|
30 |
350 |
19,8 |
|
60 |
200 |
17,5 |
|
60 |
350 |
20,4 |
|
70 |
350 |
20,5 |
Таким образом, оптимальными условиями СКФ-экстракции являются применение давления 350 атмосфер и продолжительности процесса 60 минут.
СКФ-СО2-экстракт представляет собой желтоватую прозрачную маслянистую жидкость с приятным запахом, нерастворимую в воде, малорастворимую в 95 % этиловом спирте и растворимую в эфире и хлороформе. Шрот семян после СКФ-СО2-экстракции практически не изменился.
Хроматограмма арбузного масла представлена на рис. 1. Химический состав арбузного масла приведен в табл. 2.
Рис. 1. Хроматограмма эфиров жирных кислот арбузного масла, полученного методом СКФЭ-СО2
Выделение этилового эфира стеариновой кислоты, а также 9,12-октадикадиен-1-ола и стерола связано, вероятно, с использованием этилового спирта в качестве сорастворителя.
Таблица 3
Соотношение ненасыщенных и насыщенных кислот масла арбузных семян
|
Ненасыщенные кислоты |
Насыщенные кислоты |
|
Линолевая кислота |
Пальмитиновая кислота |
|
Олеиновая кислота |
Стеариновая кислота |
|
цис-6-октадеценовая кислота |
Миристиновая кислота |
|
Пальмитолеиновая кислота |
Пентадециловая кислота |
|
2,32 |
1 |
Установлено, что химический состав растительных масел представлен широким спектром ненасыщенных и насыщенных жирных кислот (соотношение 2,32:1), высшими и полициклическими спиртами (табл. 2, 3).
Таблица 2
Химический состав арбузного масла
|
№ п/п |
Название кислот |
Время удерживания компонентов, мин* |
содержание, % |
Лит.данные, % [5] |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
1 |
Тетрадекановая (миристиновая) (С14:0) |
5,749 |
0,21 |
0,2-0,9 |
|
2 |
Пентадекановая (пентадециловая) (С15:0) |
6,606 |
0,14 |
- |
|
3 |
Гексадеценовая (пальмитолеиновая) (С16:1D9) |
7,287 |
0,13 |
- |
|
4 |
Гексадекановая (пальмитиновая) (С16:0) |
7,524 |
15,31 |
7,6-28,12 |
|
5 |
9,12-октадекадиеновая (линолевая) (С18:2D9,12) |
9,438 |
43,01 |
45-68,4 |
|
6 |
9-оксадеценовая (транс-9-пальмитолеиновая) (С16:1D9) |
9,553 |
8,23 |
- |
|
7 |
6-октадеценовая (петроселиновая) (С18:1D6) |
9,627 |
0,69 |
- |
|
8 |
Октадекановая (стеариновая) (С18:0) |
10,010 |
6,14 |
- |
|
9 |
9,12-октадикадиен-1-ол |
10,474 |
15,01 |
- |
|
Окончание табл. 2 |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
10 |
9 – октадеценовая (олеиновая) (С18:1D9) |
10,625 |
3,16 |
9-35,3 |
|
11 |
Этиловый эфир октадекановой (стеариновой) (С18:0) |
11,189 |
2,07 |
- |
|
12 |
Сквален |
16,283 |
1,3 |
- |
|
13 |
Стерол |
18,907 |
4,59 |
- |
Примечание:* Время удерживания приведено для метиловых эфиров соответствующих жирных кислот.
Отличительной особенностью масла семян арбуза является наличие в нем сквалена (1,3 %). Это ценный компонент, который содержится также в печени акулы и амарантовом масле и некоторых других маслах. Он необходим организму человека, т.к. проявляет антиканцерогенное, антимикробное и фунгицидное действие. Доказано, что дефицит кислорода и окислительные повреждения клеток являются главными причинами старения организма, а также возникновения и развития опухолей. Сквален, попадая в организм человека, насыщает клетки кислородом и тем самым защищает клетки от кислородного голодания.
Сквален – это природный ненасыщенный углеводород тритерпенового ряда, принадлежащий к группе каротиноидов [6-9].
Рис. 2. Структурная формула сквалена
Выводы
1. Найден оптимальный режим извлечения масла из семян арбуза, полученного методом сверхкритической флюидной экстракции с использованием в качестве растворителя сверхкритического диоксида углерода и сорастворителя этилового спирта.
2. Определен химический состав арбузного масла. Основными компонентами масла являются линолевая, польмитиновая, транс-9-пальмитолеиновая кислоты, а так же 9,12-октадикадиен-1-ол и стерол.