Oleaginoasele, Materia Prima Pentru Uleiurile Vegetale

CAPITOLUL 2. OLEAGINOASELE, MATERIA PRIMĂ PENTRU ULEIURILE VEGETALE

Generalități ale materiilor prime oleaginoase

Uleiurile și grăsimile vegetale se găsesc în natură în țesutul plantelor, fiind concentrate în semințe, pulpă, respectiv în sâmburele fructelor, în tubercule sau în germeni, [30]. Semințele separate de planta mamă reprezintă germenul unei viitoare plante. În timpul formării și maturizării semințelor oleaginoase, în celule are loc o acumulare de substanțe hrănitoare (grăsimi, albumine, hidrați de carbon, compuși cu fosfor și alte substanțe), care au rolul de a asigura germenul funcției vitale, până când acesta devine capabil să-și asigure singur hrana minerală din sol și din aer, [29].

Pentru țara noastră, principala materie primă o reprezintă plantele oleaginoase producătoare de semințe. Semințele separate de planta mamă reprezintă germenele unei viitoare plante. În timpul formării și maturizării semințelor oleaginoase, în celule are loc o acumulare de substanțe oleaginoase (grăsimi, albumine, hidranți de carbon), care au rolul de a asigura germenului funcțiile vitale, până când acesta devine capabil să-și asigure singur hrana minerală din sol și aer. Prezența acestor substanțe hrănitoare, determină valoarea semințelor oleaginoase ca materii prime pentru obținerea uleiului vegetal. Conținutul de materie grasă în aceste părți ale plantei este foarte variabil. La plantele cultivate pentru producția de uleiuri vegetale, conținutul de ulei în semințe, fructe și tuberculi, variază între 18 și 60%, [31].

În general, termenul de sămânță este folosit într-un sens mai larg în agricultură. În practica industrială, se numesc semințe și unele categorii de fructe compuse. Semințele și fructele plantelor se pot deosebi pe baza caracterelor morfologice și a însușirilor lor diferite ca: modificarea culorii cotiledoanelor sub influența unor reactivi, fluorescența sub lumină de cuarț etc. Semințele propriu-zise (fig.1.1) sunt alcătuite dintr-un înveliș protector mai mult sau mai puțin tare numit tegument sau coajă (pericarp) (care le apără de acțiunile mecanice și biochimice), endospermul (miezul sau albumenul) și embrionul viitoarei plante.

Fig. 2.1. Structura morfologică a seminței de floarea-soarelui, [1].

1-coajă; 2- tegument; 3- miez.

Tegumentul ca parte protectoare a seminței, este format din mai multe straturi de celule lignificate. El poate fi de diferite culori, gros sau subțire, neted sau zbârcit, reticulat, costat etc. La unele semințe tegumentul prezintă diferite formațiuni pe baza cărora se poate identifica cu ușurință specia respectivă.

Endospermul sau albumenul constituie rezerva de substanțe nutritive ale seminței și formează miezul acesteia. Semințele care conțin endosperm se numesc albuminate. Semințele lipsite de endosperm se numesc exalbuminate și aparțin plantelor din familiile Curcubitaceae, Fagaceae și Leguminoase. La acestea endospermul este asimilat de embrion în momentul formării seminței. La unele semințe, ca de exemplu floarea soarelui, endospermul există un timp foarte scurt după formarea seminței și apoi se resoarbe. Acestea se numesc semințe cu albumen-femeraid.

Embrionul conține organele vegetative ale viitoarei plante: rădăcinița, tulpinița, cotiledoanele și mugurașul, care rămân în stare latentă până când sămânța germinează. La semințele albuminate, embrionul este în general mic în raport cu mărimea seminței, pe când la semințele exalbuminate embrionul este mare.

Structura microscopică a celulelor (fig. 2.2). Semințele oleaginoase sunt formate dintr-un număr foarte mare de celule de dimensiuni mici, variind între 340 μm2 la in, 1075 μm2 la floarea soarelui și 1873 μm2 la ricin. Celula tipică a țesutului nutritiv al semințelor este compusă din învelișul celulei și substanța conținută în interior (oleoplasma îmbibată cu ulei), granulele aleuronice, nucleul celular și alte elemente de bază ale celulelor.

Fig. 2.2 Structura morfologică a celulelor semințelor oleaginoase, [1].

1-membrană; 2- granule aleuronice; 3- oleoplasmă; 4- nucleul

Învelișul are de cele mai multe ori contur ondulat, în colțurile de unire a celulelor găsindu-se așa numitul „spațiu intercelular”; la semințele de soia și în spațiile intercelulare sunt de dimensiuni mici, ceea ce face ca acestea să fie tari, mai dure, în timp ce la floarea soarelui sau la ricin ele sunt mai mari, iar semințele se caracterizează printr-o duritate mai mică, sunt mai fragile. Învelișul celular este format în principal din celuloză și hemiceluloză și la majoritatea semințelor este de grosime mică.

Oleoplasma este formată din protoplasma propriu-zisă sau citoplasma, care conține suportul pentru uleiul dispersat uniform în citoplasmă, sub forma unor incluziuni ultramicroscopice. Volumul oleoplasmei diferă de la un soi de semințe la altul, fiind de 75-82% din totalul intracelular la ricin, 75-76% la floarea soarelui, 74% la in și 66-69% la soia.

Granulele aleuronice sunt corpuri solide de origine proteică și formate din cristaloizi și globoizi acoperite de un înveliș deosebit de subțire. Cristaloizii sunt proteine gelificate care se găsesc sub formă de cristale. Se deosebesc de globoizi prin faptul că în apă se umflă, se îmbibă, descoperindu-și astfel originea lor gelică. Globoizii sunt corpuri rotunjite, formate în special din fitină și acid fitinic, legate de protein, [1].

Caracterizarea fizico-chimică a principalelor materii prime oleaginoase

Datele generale privind raportul miez-coajă precum și principalele componente sunt următoarele (tabelul 2.1):

Tabelul 2.1. Compoziția chimică a materiilor prime oleaginoase indigene, [2].

Natura lipidelor și substanțelor de însoțire care compun uleiul brut este caracteristică fiecărei materii prime. Motivele variațiilor în compoziția diferitelor materii prime oleaginoase rezidă în măsurile luate pentru ameliorarea diferitelor soiuri în agrotehnica aplicată și în condițiile de sol și climă.

Substanțele proteice din compoziția semințelor oleaginoase cuprind, în diverse proporții, aproape toate grupele de proteine. Astfel, în timp ce albumina se găsește în cantități foarte mici, grupa globulinelor ocupă locul de bază variind între 8,5% la soia și aproape 100% la floarea soarelui și la in. În ce privește prezența aminoacizilor esențiali, se constată că în comparație cu necesarul pentru consumul uman, majoritatea proteinelor au o compoziție echilibrată, fapt ce justifică folosirea semințelor și a șroturilor oleaginoase ca sursă de proteină vegetală.

Glucidele care se găsesc în semințele oleaginoase sunt mai ușor sau greu asimilabile, în funcție de grupa din care fac parte. Astfel, monozaharidele, oligozaharidele și amidonul care sunt concentrate în miezul semințelor sunt ușor asimilabile, în timp ce celuloza, hemiceluloza și substanțele pectice, concentrate în coaja semințelor, sunt greu asimilabile sau neasimilabile de organismul animal. Prin descojirea semințelor se îmbunătățește calitatea șroturilor, ca urmare a creșterii conținutului de proteine și glucide.

Apa se găsește în semințele oleaginoase în proporție variabilă, în funcție de felul semințelor și de calitatea lor.

Însușirile fizice ale semințelor oleaginoase. Din analiza structurii anatomice și chimice a diferitelor materii prime oleaginoase se pot trage însemnate concluzii practice pentru desfășurarea procesului de producție privind: fluxul tehnologic, în funcție de volumul cojilor, de conținutul în ulei; regimul tehnologic, în funcție de grosimea pereților celulari, de mărimea granulelor aleuronice; utilizarea șroturilor în scopuri alimentare sau pentru furajare; destinația uleiului ș.a.

Pentru identificarea și categorisirea speciilor de semințe, pe lângă structura anatomică, caracterele morfologice și însușirile lor, se folosesc și următoarele caractere de diferențiere: contur, mărime, formă, culoare, suprafața tegumentului, precum și unele formațiuni caracteristice speciei.

Conturul semințelor este dat de proiecția acestora pe o suprafață plană atunci când sunt lăsate libere.

Forma semințelor este dată de raportul dintre cele trei dimensiuni: lungime, lățime, grosime și poate fi sferică, ovală, oval alungită, reniformă, piriformă, cuneiformă.

Mărimea se exprimă în milimetri, cele rotunde având o singură dimensiune – diametrul – iar celelalte forme trei dimensiuni – lungime, lățime și grosime.

Culoarea semințelor este o caracteristică pe baza căreia se identifică speciile și uneori soiurile, dând indicații asupra stării de maturizare a semințelor, a prospețimii acestora, a condițiilor de coacere și de condiționare.

Suprafața tegumentului semințelor variază de la o specie la alta, iar la unele semințe suprafața este diferențiată în funcție de soi. Examinarea caracteristicilor tegumentului și identificarea unor formațiuni de pe suprafața acestuia se face cu ochiul liber, cu lupa sau cu microscopul, iar la unele semințe, pentru identificarea speciei se utilizează metoda prin care se colorează tegumentul sau formațiunile de pe acesta.

Unele specii de semințe prezintă fenomenul de heterocarpie respectiv, se pot prezenta în două sau mai multe forme diferite, fenomen ce se datorează modului de așezare a florilor în inflorescențe.

Cele mai răspândite plante oleaginoase sunt:

soia (Glycine hispida) – China, SUA, Rusia;

arahide (Arachis hypogaea) – India, China, Nigeria;

floarea soarelui (Helianthus annuus) – Rusia, Argentina, România;

rapița (Brasica napus) – India, China, Canada, Polonia.

În țara noastră principalele culturi oleaginoase sunt reprezentate de floarea soarelui, rapița, soia și inul pentru ulei. În industria uleiurilor mai pot constitui materii prime economice și următoarele subproduse:

germeni de porumb recuperați din industria morăritului, amidonului și spirtului;

semințe de dovleac de ulei;

sâmburi de struguri obținuți ca deșeuri în vinificație;

semințe de tomate obținute ca deșeuri în industria conservelor, [2].

Tabelul 2.2. Compoziția și caracteristicile principalelor plante oleaginoase, [38].

Prezentarea principalelor tipuri de semințe oleaginoase

Fig.2.3. Clasificarea materiilor prime oleaginoase, [32].

Floarea-soarelui

Floarea soarelui (Helianthus), face parte din familia compozitelor, este originară din America centrală și a fost adusă în Europa în secolul al XVI –lea. Floarea–soarelui se afla pe locul al treilea intre plantele oleifere ierboase. Fructele (achenele) de floarea soarelui conțin, în procent de ~50%, ulei cu calități alimentare de exceptie si grad ridicat de conservabilitate; se utilizează in alimentația umana (rafinat) si in industria alimentara (margarine, conserve, săpun, lecitina, fosfatide, etc.).

Prin industrializare, după extragerea uleiului, rămân șroturile, utilizate ca sursa de proteina in hrana animalelor si materie prima pentru concentrate de proteine in industria mezelurilor.

.

Fig. 2.4. Floarea-soarelui și semințe de floarea-soarelui, [3, 4].

Din cojile semințelor se fabrica furfurolul folosit in industria fibrelor artificiale, a maselor plastice. Măcinate, cojile se folosesc la fabricarea drojdiei furajere, circa 150 kg /tona produs. Capitulele se utilizează in hrana animalelor, tulpinile sunt utilizate drept material combustibil sau in industria materialelor de construcții.

În prezent floarea soarelui constituie una din principalele culturi oleaginoase. În producția mondială de semințe oleaginoase ocupă locul al doilea după soia. Uleiul natural de floarea-soarelui este de o culoare ceva mai inchisa, avand in plus o aroma distincta, de plantă, pe care variantele prelucrate nu o mai păstrează, [1].

Miezul reprezintă materia primă de bază, având un conținut de ulei de 45…55%, proteine și substanțe extractive neazotate. Prin industrializare, după extragerea uleiului, rămân șroturile, utilizate ca sursă de proteină în hrana animalelor și materie primă pentru concentrate de proteine în industria mezelurilor. Din cojile semințelor se fabrică furfurolul folosit în industria fibrelor artificiale, a maselor plastice. Măcinate, cojile se folosesc la fabricarea drojdiei furajere, circa 150 kg /tonă produs, [28].

Conform datelor furnizate de FAOSTAT, în anul 2012, România s-a aflat pe locul 12 în topul producătorilor de semințe de floarea soarelui, cu o producție totală de 7453,25 tone, în vârful clasamentului poziționându-se Rusia cu o producție de 460000 tone., [36].

Rapița

Rapița (Brassica napus L) se situează pe locul cinci, sub aspectul producției de ulei comestibil, între plantele oleaginoase uleiul de rapiță are largi utilizări industriale și alimentare; turtele de rapiță obținute din procesare au o bună valoare furajeră, fiind bogate în proteine (38-42%), glucide și săruri minerale; paiele de rapiță se folosesc in industria materialelor de construcții. Rapița se recoltează timpuriu, motiv pentru care constituie o bună premergătoare pentru grâu și orzul de toamnă. Rapița este o excelentă planta meliferă timpurie (asigură circa 50 kg miere/ha), [8].

Fig. 2.5 Semințele și floarea de rapiță, [6,5].

Rapița se cultivă pe o suprafață de peste 27 mil. ha., la nivel global. Cele mai mari cultivatoare sunt China cu 7,2 mil. ha. și India cu peste 6,9 mil. ha, urmate de Canada cu 5,1 mil. ha., Germania cu 1,3 mil. ha., și Franța cu 1,2 mil. ha. Progresele realizate pe plan mondial și în țara noastră, în ameliorarea acestei plante și în utilizarea multiplă a uleiului motivează pe deplin reconsiderarea suprafețelor cultivate cu această plantă și în Romania, [9].

Proprietăți biologice și chimice:

Rapița este planta anuală sau bianuală cu radacina pivotantă bine dezvoltată, cu puține ramificații laterale. Ea pătrunde până la 60-80 cm adâncime. În condiții favorabile, rădăcina poate ajunge la o adancime uneori până la 300 cm. Pătrunderea rădăcinii în adâncime este influențată de numeroși factori: textura, fertilitatea și umiditatea în sol, precum și de tehnica de cultivare. Rădăcinile laterale sunt răspandite pe diametru de 20 – 40 cm.Tulpina este erectă, înaltă de 1,3 – 1,5 m, rareori ajunge chiar și la 2 m și bine ramificată.

Frunzele de rapița au diferite forme cele de la bază fiind petiolate, lirate, penat sectate. Florile sunt destul de mari cu petale de culoare galbenă, cu nuanțe diferite arcuite pe tipul 4:4 sepale eliptic – alungite, patru petale rotunjite la partea superioară, 6 stamine și un pistil format din două carpele unite, un ovar inferior cu două loji false, datorită unui perete fals, despărțitor. În fiecare lojă se găsesc 10 – 40 ovule. Fructul este o siligva subțire, lungă de 5-10 cm, netedă, despărțită longitudinal în două compartimente printr-un perete median. Silicva se termină cu un rostru subțire și scurt. Numarul de silicve pe o planta de rapiță poate ajunge până la 800. În fiecare fruct se formează 10 – 25 semințe, uneori chiar și 30. Semințele sunt neregulat sferice, de culoare cafeniu închis, cenușiu închis sau neagrăs.

Referitor la perspectivele culturii rapiței pentru ulei, ca sursă principală de biocarburant, atât pe plan mondial, cât și în România, trebuie avut în vedere faptul că în ultimii ani, culturile de rapiță pentru ulei devin riscante, din cauza condițiilor meteorologice din timpul semănatului și recoltării, care pot provoca compromiterea totală a recoltei, [7].

Soia

Soia (Glycine max) este o plantă de cultură din familia leguminoase. Din această familia mai face partefasolea, trifoiul sau lucerna. Boabele de soia joacă un rol important în industria alimentară, ele conținând 39 % proteine, 17 % ulei, [12].

Fig. 2.6 Partea vegetală și semințele de soia, [10, 11].

Soia este o plantă leguminoasă, originară din Asia, care poate atinge până la un metru înălțime. Boabele de soia seamănă, ca formă, cu cele de fasole și sunt, în general, galben aurii, dar există și varietăți de culoare neagră, verde sau roșie, [13].

Pe tulpină și ramuri se găsesc perișori de culoare gălbuie, brună, albicioasă etc.Frunzele sunt trifoliate, cu foliolele și pețiolul păros. Frunzele cad când planta se apropie de maturitate. Stipele sunt mici. Florile sunt, de asemenea, mici și grupate câte 3-9 (uneori mai multe) în raceme scurte. Au culoare liliachie, albă-liliachie, albă-gălbuie. Polenizarea este autogamă, deși florile se deschid.

Soia este una dintre cele mai vechi plante de cultură, originară din China, unde era cunoscuta încă din anul 2838 î.e.n. în America și Europa este cultivata mult mai târziu în anii 1829 și respectiv 1840.

În țara noastră, soia se cunoaște din anul 1876, în Transilvania. Din 1913 este cultivată în câmpurile experimentale ale Școlii superioare de agricultură din București și abia din 1930 este inclusă în temele de cercetare ale Institutului de Cercetări Agronomice.

Creșterea considerabilă a producției și perfecționarea metodelor de prelucrare a semințelor de soia au dus la obținerea unor cantități mari de ulei cu o valoare nutritivă ridicată și la furnizarea de proteină, care permite obținerea unor cantități sporite de produse animal, [1].

Inul

Inul este o plantă din specia ierboasă de cultură, înaltă de 30-80 (100) cm, ramificată numai la partea superioară (la inul de fuior) sau chiar de la bază (la inul de ulei); rădăcina este pivotantă, cu ramificații dese dar scurte, lungă aproape cât înălțimea plantei; tulpina este cilindrică, groasă de 1-2 mm. Frunzele sunt alterne, lungi de 2-3 cm, late doar de 2-4 mm, cu 3 nervuri paralele. Florile sunt grupate în dichazii terminale cu puține flori (de obicei 10-15), lung pedicelate, pe tipul 5 cu elemente neunite, lungi de 1,2-1,5 cm, corola albastră-azurie; fructele sunt capsule globuloase cu diametrul de 6-8 mm, cu 10 semințe ovoidale, turtite, brune, [14].

Fig. 2.7 Inul, semințe și flori, [15, 17, 16].

Inul pentru ulei este cultivat pentru semințele sale care furnizează un ulei sicativ cu multiple utilizări industriale: fabricarea vopselurilor și lacurilor (80% din producția totală), a linoleumului, a mușamalelor, în tipografie (fabricarea cernelurilor speciale. Turtele rezultate după extragerea uleiului sunt dintre cele mai valoroase (34-37% substanțe proteice, 30% glucide, 8% lipide, fiind întrebuințate mai ales la furajarea vacilor de lapte și a cailor.

Tulpinile rămase după treierat sunt balotate și folosite ca materie primă pentru fabricarea celulozei și hârtiei, sau pentru extragerea câlților. Culturile de in pentru ulei care au format tulpini mai lungi (vreme umedă și răcoroasă) pot furniza și o recoltă de fibre, mai scurte, folosite pentru țesături grosiere.

Sub aspect agronomic, inul pentru ulei se situează printre plantele bune premergătoare pentru celelalte culturi, și foarte bune premergătoare pentru orzul și grâul de toamnă. Circa 50% din suprafața cultivată cu in pentru ulei se afla în Asia (India fiind cel mai mare cultivator – 550 mii ha, urmată de China – 469 mii ha), circa 25% din suprafața cultivată se află în America de Nord (Canada a cultivat în anul 2008 – 625,2 mii ha).

În România, suprafața cu in pentru ulei s-a menținut timp îndelungat în jur de 80 mii de ha, producțiile medii oscilând între 500 și 700 kg/ha. În ultimii anii, interesul agricultorilor pentru această cultură s-a diminuat foarte mult din cauza lipsei de cerere de ulei de in pe piața românească, [1].

Ricinul

Ricinul (Ricinus communis) este o plantă perenă ce aparține de familia „Euphorbiaceae” specia „Ricinus”. Numele botanic al plantei de ricinus provine din latină care însemnă căpușă. Din semințele de ricin se extrage „uleiul de ricin” care conține ricină o substanță cu efect purgativ. Pe lângă utilizarea lui în medicină, uleiul de ricin este extins folosit în industria chimică, posedând o caracteristică unică, ce constă în existența unei grupe hidroxil "-OH", legată de lanțul de carbon. Aceasta îi conferă vâscozitatea ridicată și solubilitatea în alcool la temperaturi relativ mici. În Brazilia, ricinul este o plantă care se dezvoltă în abundență, iar uleiul de ricin este deja folosit ca și "biocarburant" în regiunile sărace ale țării, [18]

Fig. 2.8 Ricinul, partea vegetala și semințele, [19, 20, 21].

Semințele sunt de formă ovală, ușor aplatizate, de 8-12 (18) mm lungime și 4-9 (12) mm lățime, lucioase, cu o proeminență cărnoasă la extremitatea superioară (caruncula), avînd culoarea fondului de la cenușiu-albastru la brun-roșcat-închis, marmorat mozaicate cu pete de la alb la brun-închis. Fără miros, cu gust caracteristic oleaginos și acru, [1].

Fructul de ricin este o capsula formată din trei compartimente, în care se gasește căte o samânță. Semințele de ricin, asemănătoare boabelor de fasole, au forma ovala, alungita, cu suprafața netedă și lucioasă. În aceasta se găsește țesut bogat în ulei. Conținutul de ulei al cojii variază între 2,5 si 3,3 %. Ele sunt pestrițe, pe un font cenușiu-albastru până la brun roșcat se afla un mosaic de alb până la brun deschis.

Datorită originii sale sudice, principala cerință ecologică este față de temperatură, care trebuie să fie ridicată pe tot timpul vegetației. Temperatura de germinare este de 12-13°, optima fiind de 20-25°, [44].

Excesul de umiditate duce la dezvoltarea luxuriantă a plantei și prelungirea perioadei de vegetație, astfel încît nu ajunge să se matureze. Este una dintre cele mai pretențioase specii față de sol, avînd nevoie de multe substanțe nutritive. Se dezvoltă bine pe cernoziomuri nisipo-argiloase, permeabile. Față de cerințele ecologice ale plantei, ea este zonată în Cîmpia Dunării, sudul Dobrogei, Bărăgan și vestul Banatului, [1]

Camelina

Camelina este o plantă din familia Brassicaceae, cultivată în Europa încă din epoca bronzului pentru uleiul extras din semințe și ca sursă de fibră vegetală. A fost cultivată pe scară largă dar producția comercială a fost înlocuită cu introducerea uleiului de rapița. Uleiul are proprietăți asemanatoare cu ale uleiului de in și are un conținut mai scăzut de glucozinolat. [24]

Fig. 2.9 Camelina, [22, 23, 25].

Camelina, denumită popular lubit, este o plantă anuală spontană și cultivată. Tulpina este dreaptă, uneori ramificată spre vârf. Frunzele sunt întregi, sesile, cu baza ușor sagitată. Florile lung-pedicelate sunt dispuse în raceme simple. Au petalele albe-gălbui. Fructele sunt silicule piriforme, lungi de 7-9 mm. Endospermul conține ulei (30-35%) cu întrebuințări tehnice și alimentare.

Camelina nu este pretențioasă față de sol, fiind cultivată pe terenuri cu fertilitate scăzută. Poate fi cultivată cu ușurință de fermieri și constituie, în egală măsură, o hrană de foarte bună calitate pentru animale sub formă se șrot, după extracția uleiului, [1].

Uleiul din semințe de camelină presat la rece din semințe provenite din culturi certificate biologic este similar uleiului de in, fiind o sursă importantă de acizi grași esențiali și un supliment de vitamină naturală E, [27].

De asemenea, este o plantă cu potențial și datorită faptului că tufele de camelină suportă înghețurile târzii de primăvară (de până la -5°C). De aceea, culturile de camelină pot fi însămânțate, fără nici o problemă, primăvara cât mai devreme. În plus, camelina are în general o perioadă scurtă de vegetație (70-95 zile), datorită căreia poate fi cultivată cu succes în nordul și estul Europei.

Cultivarea camelinei are și în România o tradiție îndelungată, primele semne legate de acest lucru datând încă din antichitate, din perioada dacilor. De regulă, înființarea culturii are loc în luna martie, iar recolta se poate strânge în miezul verii, respectiv în a doua jumătate a lunii iulie. În prezent, se derulează cercetări pentru a optimiza tehnologia de cultură, [1].

Camelina a fost aleasă ca materie primă datorită compoziției specifice în acizi grași a uleiului extras din semințe, care permite obținerea biokerosenului utilizat în aviație, [26].