КРАТКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ НАУКИ О МАСЛИЧНЫХ СЕМЕНАХ

Первоначальные поиски и сбор человеком плодов и семян полезных дикорастущих растений постепенно превратились в их систематическое возделывание - в земледельческую культуру. Земледельческая культура масличных растений способствовала возникновению маслобойного ремесла.

В настоящее время промышленное использование новых масличных дикорастущих растений невозможно без введения их в культуру. Вследствие этого главное место среди масличных' занимают культурные растения, многочисленные сорта которых обладают полезными, свойствами, превосходящими свойства исходного дикорастущего сырья.

Развитие технологии получения растительных масел первоначально заметно опережало изучение свойств масличных семян и масел, извлекаемых из лих. Так, хотя получение и использование растительных масел известны тысячелетия, детальное изучение их имеет сравнительно недавнюю историю. Еще в 1669 г. Тахениус считал, что «в жирах содержится скрытая кислота». Жоффруа в 1741 г. указывал, что в процессе омыления и при последующей обработке мыльных растворов кислотами получается «жирная масса», отличающаяся от исходного жира.

Восемнадцатый век ознаменовался оформлением основных направлений в исследовании растений и продуктов их переработки.

В трудах Вольно-экономического общества, основанного в России в 1765 г., описан обширный экспериментальный материал, посвященный технологическому использованию растений для нужд человека. Основное внимание исследователей и в нашей стране, и за рубежом в это время занимало изучение химического состава растений: создавалась техническая химия растений - основа будущей технической биохимии. Изучение природы растений шло неразрывно с практическим приложением полученных знаний.

В 1783 г. Шееле, обрабатывая оливковое масло окисью свинца при нагревании, заметил, что в числе продуктов омыления образовалось какое-то сладкое вещество. Он установил, что это вещество содержится в растительных и животных жирах и назвал его «сладким маслянистым принципом».

В 1823 г. Шеврель определил структуру жиров, выделил жирные кислоты - олеиновую, стеариновую и некоторые другие- и дал название глицерину, установив, что «сладкий маслянистый принцип» Шееле представляет собой трехатомный спирт.

Шеврель тогда же предложил организовать производство стеариновых свечей, а позже, в 1847 г., Собреро, обрабатывая азотной кислотой глицерин, который в то время был отходом стеаринового производства, получил маслянистое взрывчатое вещество - нитроглицерин.

В 40-х годах XIX в. Соссюр, исследуя прорастающие семена масличных растений - конопли, рапса и некоторых других, обнаружил, что жир распадается в них до углеводов. Это положило начало биохимическому и физиологическому исследованию семян, успешно продолжающемуся до настоящего времени. Наблюдая быстрый гидролиз масла в пальмовых плодах, Пелуз и Буде в 1839 г. высказали предположение, что пальмовое масло содержит вещество, разлагающее глицериды на кислоты и глицерин. В 1855 г. Пелуз отмечал, что в непрора-стающих и неповрежденных семенах конопли, рапса, мака содержится почти только нейтральный жир, но если их истолочь, то жир вскоре разлагается на глицерин и свободные кислоты. Он считал, что такое явление обусловлено действием фермента, содержащегося в семенах.

Аналогичные явления при прорастании семян наблюдали ученые, продолжавшие исследования Соссюра. Так, в 1871 г. Мюнц заметил, что в масличных семенах мака и сурепицы при прорастании образуются свободные жирные кислоты. Чем дольше прорастают семена, тем больше освобождается жирных кислот, и после 5-6 дней прорастания глицериды исчезают почти совершенно.

Превращения веществ при прорастании семян изучались А. Э. Лясковским, работа которого «О прорастании тыквенных семян» (1874)-образец биохимического исследования того времени. Лясковский установил зависимость интенсивности дыхания прорастающих семян от температуры, высказал положение, что при дыхании наряду с углекислотой образуется вода, и обнаружил аспарагин в проростках масличных семян.

В 1883 г. А. С. Фаминцын в книге «Обмен веществ и превращение энергии в растениях» дал глубокий анализ взаимосвязи процессов обмена веществ в растительном организме. Проблемы биохимии, изложенные Фаминцыным в первом русском учебнике физиологии и биохимии растений (1887), легли в основу русских и зарубежных работ на многие десятилетия.

В 1890 г. Грин и независимо от него Зикмунд исследовали в прорастающих семенах клещевины первую растительную липазу. Оказалось, что в растениях липазы очень распространены.

В 1903 г. Белан обнаружил, что при хранении пшеничной муки ее жир постепенно замещается свободными жирными кислотами, которые при очень длительном хранении муки в свою очередь разлагаются и исчезают. Он предложил по соотношению между нейтральным жиром и свободными жирными кислотами судить о степени свежести муки. К этому времени уже было выявлено, что специфические особенности мас-лосодержащих плодов и семян, проявляющиеся при их хранении и переработке, определяются прежде всего их химическим составом - присутствием большого количества липидов. Поэтому дальнейшее развитие науки о масличных семенах гесно связано с развитием химии жиров, выделившейся к этому времени из общей органической химии в самостоятельную научную дисциплину.

Основоположником химии жиров как науки является А. М. Зайцев. Его обстоятельные и глубокие исследования химических свойств ряда жирных кислот (1885-1903) дали мощный толчок развитию этой отрасли знаний. С группой своих учеников и последователей А. М. Зайцев положил начало изучению технологических свойств жиров.

Таким образом, если в средние века практическое использование растений, в том числе и масличных, значительно опережало изучение свойств их химических компонентов, то уже в XVIII в. изучение природы растений шло неразрывно с практическим приложением полученных знаний. Бурное развитие биохимических исследований в XIX в. часто уже обгоняло запросы практики, и результаш исследований находили практическое приложение в технологии в течение последующих лет.

Дальнейшее развитие биохимии растений в начале XX в. характеризуется пристальным вниманием исследователей к вопросам общебиологического характера. Установление достаточно подробного химического состава растений, открытие ряда ферментов и выявление их роли в обмене веществ, дальнейшее развитие биохимии белков, липидов, углеводов создали основу для разработки общих закономерностей обмена веществ в превращении энергии в живых организмах^ Эти закономерности послужили научной основой для создания принципиально новой возможности - управления биохимическими процессами в растении, формирующими полезные свойства растительного сырья.

Обширные биохимические исследования растительного масличного сырья были начаты в 1911 -1912 гг. С. Л. Ивановым. Изучая маслообразовательный процесс у ряда важнейших масличных культур, С. Л. Иванов в 1924 г. выдвинул положение о закономерности изменения химического состава масла в зависимости от географического происхождения растений. Им было установлено, что при выращивании растений в северных или высокогорных районах они при созревании накапливают жирные кислоты и соответственно триацилглицерины менее насыщенного характера, тогда как при выращивании в южных широтах и на равнинах они синтезируют более насыщенные жирные кислоты.

Предложенная С. Л. Ивановым климатическая теория мас-лообразовательного процесса была многократно проверена им, а также Г. В. Пигулевским и К- П. Кардашевым на многих растениях и получила всеобщее признание.

В дальнейшем маслообразовательный процесс изучали многие исследователи как в нашей стране, так и за рубежом.

Изучая химический состав масличных семян, А. М. Голдовский в 1941 г. обнаружил общую закономерность, которая заключается в том, что в растительных организмах каждая узкая группа органических веществ представлена не одним химическим индивидуальным веществом, а целым рядом очень близких по составу и свойствам веществ. Позже (в 1946 г.) он выдвинул положение о потоках химических превращений в растении - глюцидном, протеидном, липидном и изопреновом - и описал корреляционные связи между ними.

Бурное развитие в последние годы биохимии на основе широкого использования современных методов исследования, позволивших изучать растительные организмы на субклеточном и молекулярном уровнях, вновь привлекло внимание исследователей к проблемам обмена веществ в масличных плодах и семенах, в частности к проблеме синтеза и распада жиров в растениях. Открытие в 1943 г. Липпманом коэнзима А и его роли в обмене липидов позволило по-новому объяснить процесс синтеза жирных кислот в созревающих семенах масличных растений.

В 1953 г. Ньюкомб и Штумпф в опытах с семядолями арахиса экспериментально подтвердили участие двух и трех углеродных фрагментов, активированных коэнзимом А, в синтезе жирных кислот масличными семенами. В настоящее время механизм синтеза жирных кислот, предложенный ими, в несколько модифицированном виде общепризнан и позволяет связать жирнокислотный цикл с другими циклами обмена в масличных семенах.

Успехи исследований в области биохимии масличных плодов и семян в настоящее время в значительной мере определяются уровнем развития общей биохимии, а также прогрессом в смежных с нею областях знания, в первую очередь в физике и химии.

Выдающиеся успехи последних лет позволили изучить процессы обмена в клетке на субклеточном и молекулярном уровнях. В 1949 г. Ленинджер и Кеннеди установили, что в субклеточных единицах - митохондриях - протекает цикл окислительного фосфорилирования, ведущего к накоплению и осво-. бождению энергии. Высокая точность применяемых методов исследования липидов и высокая разрешающая способность электронных микроскопов позволили открыть и исследовать клеточные элементы, построенные на основе белковолипидных мембран и осуществляющие благодаря точно ориентированному расположению ферментных систем направленное течение биологических процессов.

В работах Сент-Дьердьи (1957, 1960) выдвинуто положение о квантовомеханических процессах в биохимии - в связи с тем, что понимание биологической функции живых организмов невозможно без учета субмолекулярных и супрамолеку-лярных электронных явлений, управляемых законами квантовой физики.

Исследования липидов, начатые в нашей стране еще в первые годы Советской власти, когда организовывалась крупная масло-жировая промышленность, особенно интенсивно стали развиваться в последние 15-20 лет. Этому способствовало установление важной роли липидов в организации клеточных и субклеточных мембран живых организмов, а также развитие прямых методов исследования липидов. Еще в 1945 г. В. Л. Кретовичем было осуществлено хроматографическое разделение жирных, кислот на окиси алюминия. Позже А. Г. Верещагиным (1972) разработаны методы качественного и количественного анализа видового состава индивидуальных три-глицеридов масличных семян и создана теория строения три-глицеридов, позволившая количественно описать глицеридный состав растительных масел.

В области технической биохимии и изучения технологических свойств масличных плодов и семян учеными нашей страны успешно ведется большая научно-исследовательская работа, получившая мировое признание.

Ведущая роль в исследовании технологических свойств растительного масличного сырья принадлежит ученым Всесоюзного научно-исследовательского института жиров (ВНИИЖ), где над этими проблемами успешно работали А. М. Голдовский, К- Е. Леонтьевский, В. П. Ржехин и многие другие. Этими вопросами занимались М. Н. Ждан-Пушкин в Краснодарском институте пищевой промышленности (КИПП), С. В. Руш-ковский во Всесоюзном научно-исследовательском институте масличных культур (ВНИИМК).

Значительный вклад в теорию и практику в области генетики, селекции и семеноводства масличных растений внесли наши селекционеры. В результате многолетней селекционной работы лауреата Ленинской премии, дважды Героя Социалистического Труда академика В. С. Пустовойта удалось настолько изменить биологическую природу масличного растения, что количество масла, синтезируемого в семенах подсолнечника, почти удвоилось.

Создание высокомасличных сортов подсолнечных семян, занимающих по выходу масла с гектара первое место в мире среди однолетних культур, по праву считается одной из ярких страниц всей истории селекции растений. Широкое распространение высокомасличных сортов подсолнечника привлекло "внимание многих исследователей к вопросам биохимии масличных семян, возникла необходимость коренного пересмотра установившихся в практике методов хранения и технологической переработки семян на основе углубленного биохимического исследования их свойств. В настоящее время уже в течение многих лет в этом направлении ведутся исследования в Краснодарском политехническом институте (бывшем Краснодарском институте пищевой промышленности).

Исследование технологических свойств масличных семян в последние годы наиболее широко проводятся во ВНИИЖе (В. В. Ключкин, В. Н. Красильников), в Краснодарском научно-исследовательском институте пищевой промышленности (В. Т. Золочевский), во ВНИИМКе (А. А. Бородулина).

Обширные физиологические и биохимические исследования, в том числе и семян масличных растений, выполняются в Московском технологическом институте пищевой промышленности (МТИПП) под руководством В. Л. Кретовича, Е. Д. Казакова, А. П. Нечаева, в Институте физиологии растений им. К- А. Тимирязева АН СССР -под руководством А. А. Прокофьева, во Всесоюзном институте растениеводства (ВИР) - под руководством А. И. Ермакова. Во Всесоюзном заочном институте пищевой промышленности (ВЗИПП) исследованиями руководила Н. П. Козьмина.

В Дальневосточном филиале АН СССР под руководством И. Ф. Беликова и в Ленинградском институте советской торговли под руководством А. М. Голдовского выполняются исследования по химии и биохимии отдельных видов масличного сырья.

Большую работу проводят также сотрудники ряда высших учебных заведений, связанные с подготовкой специалистов в области технологической переработки растительного сырья, а также многочисленных научно-исследовательских лабораторий маслодобывающих и жироперерабатывающих предприятий страны.

Круг проблем, связанных в настоящее время с технологией переработки масличных семян, непрерывно расширяется. Первоочередного решения требуют вопросы, связанные с получением пищевых белков из масличных семян. В процессе становления находится технология комплексного безотходного использования масличных семян, предусматривающая получение из них кроме высококачественного растительного масла и белка других важных в химическом и биохимическом отношении продуктов пищевого, фармакопейного и технического назначения.