Разработка технологии получения моно- и диглицеридов жирных кислот из масла ши



В современном мире все больше людей обращают внимание на здоровое питание и стараются выбирать продукты, содержащие меньше насыщенных жиров и холестерина. В связи с этим, интерес к растительным маслам, богатым полезными жирными кислотами, растет с каждым днем. Однако, для улучшения их функциональных свойств и расширения применения в пищевой промышленности необходимо разработать технологию получения моно- и диглицеридов жирных кислот из растительного масла. Моно- и диглицериды — это эффективные поверхностно-активные вещества, которые используются в пищевой промышленности как стабилизаторы, эмульгаторы и антиоксиданты. Они повышают эластичность теста при выпечке хлебобулочных изделий, увеличивают срок годности продуктов за счет предотвращения окисления масел и жиров, а также улучшают текстуру и вкусовые качества различных продуктов. Разработка технологии получения моно- и диглицеридов жирных кислот из растительного масла имеет большое практическое значение. Это позволит использовать растительные масла более широко в пищевой промышленности и создавать новые продукты с улучшенными свойствами. Однако, данный процесс является сложным и требует глубоких знаний в области химической технологии и катализа. В данной статье будет рассмотрены основные методы получения моно- и диглицеридов жирных кислот из растительного масла, а также принципы работы различных катализаторов, используемых в этом процессе.

Ключевые слова: орехи ши, масло ши, жирные кислоты, моно- и диглицериды жирных кислот

In the modern world, more and more people are paying attention to healthy eating and trying to choose foods that contain less saturated fat and cholesterol. In this regard, interest in vegetable oils rich in healthy fatty acids is growing every day. However, to improve their functional properties and expand their use in the food industry, it is necessary to develop a technology for producing mono- and diglycerides of fatty acids from vegetable oil. Mono- and diglycerides are effective surfactants that are used in the food industry as stabilizers, emulsifiers and antioxidants. They increase the elasticity of dough when baking baked goods, increase the shelf life of products by preventing the oxidation of oils and fats, and also improve the texture and taste of various products. The development of technology for producing mono- and diglycerides of fatty acids from vegetable oil is of great practical importance. This will allow the use of vegetable oils more widely in the food industry and the creation of new products with improved properties. However, this process is complex and requires deep knowledge in the field of chemical technology and catalysis. This article will discuss the basic methods for producing mono- and diglycerides of fatty acids from vegetable oil, as well as the principles of operation of the various catalysts used in this process.

Keywords: shea nuts, shea butter, fatty acids, mono- and diglycerides of fatty acids

Моно- и диглицериды жирных кислот широко используются в пищевой промышленности как эмульгаторы, стабилизаторы и антистарители. Однако, традиционные методы производства моно- и диглицеридов связаны с использованием животных жиров или синтезом с помощью химических реактивов, что может иметь негативное влияние на окружающую среду и здоровье потребителей. Одним из главных преимуществ моно- и диглицеридов является их способность улучшать эмульгирование и стабилизацию продуктов. Это особенно полезно при производстве хлебобулочных изделий, кондитерских изделий, соусов и мороженого, где требуется сохранение однородной текстуры и устойчивости к разделению [3].

С развитием технологий получения моно- и диглицеридов из растительного масла появляются новые перспективы для применения этих добавок в пищевой промышленности. Новые методы синтеза позволяют получать более чистые и стабильные моно- и диглицериды, что открывает возможности для создания продуктов с высоким качеством и длительным сроком годности [3].

Кроме того, с увеличением интереса потребителей к здоровому образу жизни и натуральным продуктам, моно- и диглицериды из растительного масла могут стать альтернативой животным жирам и трансжирам. Использование растительных добавок может помочь производителям разработать более здоровые и экологически чистые продукты.

В последние годы возрос интерес к разработке экологически чистых, безопасных и эффективных методов получения моно- и диглицеридов из растительного масла. Растительные масла, такие как соевое, рапсовое или подсолнечное масло, являются прекрасной альтернативой для получения функциональных липидов [11].

Одним из перспективных методов получения моно- и диглицеридов из растительного масла является энзиматический подход. В основе этого метода лежит использование специфических липаз — ферментов, способных каталитически разлагать масляные триглицериды на свободные жирные кислоты и глицерин. При определенных условиях, таких как соотношение субстрата и фермента, температура и время реакции, можно получить моно- и диглицериды в высокой степени чистоты.

Одним из основных преимуществ энзиматического метода является его способность работать при более низких температурах и без использования опасных химических реагентов. Это позволяет сохранить полезные свойства растительного масла, такие как витамины и антиоксиданты, а также снизить экологическую нагрузку процесса [7].

Важным этапом разработки этого метода является определение оптимальных условий реакции, которые обеспечивают высокую эффективность превращения триглицеридов в моно- и диглицериды. Для этого проводятся эксперименты с различными факторами, такими как концентрация фермента, температура реакции и время экспозиции. Оптимизация этих параметров позволяет повысить конверсию триглицеридов и получить максимальное количество моно- и диглицеридов [5].

Другим важным аспектом разработки технологии является выбор подходящего фермента. Существует большое разнообразие липаз, которые могут быть использованы для этой реакции, и каждый из них имеет свои особенности. Некоторые ферменты обладают высокой активностью при низких температурах, в то время как другие более эффективны при более высоких значениях pH. Выбор подходящего фермента определяется требуемой скоростью реакции, стабильностью фермента и другими параметрами [3].

Таким образом, разработка технологии получения моно- и диглицеридов жирных кислот из растительного масла с использованием энзиматического подхода представляет собой перспективное направление в пищевой промышленности. Этот метод позволяет получать функциональные липиды с сохранением полезных свойств растительного масла и снижением вредного воздействия на окружающую среду. Однако, перед его промышленным использованием необходимо провести дальнейшие исследования для оптимизации процесса и оценки его экономической целесообразности.

Существует несколько методов получения моно- и диглицеридов жирных кислот из растительного масла [12].

Один из методов — химический синтез, который основан на реакции эстерификации или трансэстерификации. Эти процессы позволяют превратить растительное масло в глицериды жирных кислот. Однако такой метод имеет некоторые недостатки, такие как высокая стоимость и сложность процесса, а также возможность образования нежелательных побочных продуктов.

Другой метод — физическая очистка растительного масла. Для этого используется различные физические процессы, такие как дистилляция, фильтрация и отжим. Однако данный метод не позволяет получить высокую концентрацию моно- и диглицеридов, поэтому его применение ограничено [10].

Третий метод — использование ферментации или биоконверсии. В этом процессе при помощи определенных бактерий или грибков происходит разложение триглицеридов на моно- и диглицериды. Данный метод является более дешевым и экологически чистым, но требует более длительного времени для получения желаемого продукта [6].

Одним из наиболее перспективных методов является использование энзимов. Специфические ферменты могут разрушать триглицериды и преобразовывать их в моно- и диглицериды. Этот метод имеет несколько преимуществ, таких как высокая эффективность, низкая стоимость и возможность контроля процесса. Однако все существующие методы имеют свои ограничения и недостатки. Некоторые из них требуют сложных технических устройств или специализированных оборудования, а другие могут вызывать побочные эффекты или быть неэкономичными.

Таким образом, разработка новых технологий для получения моно- и диглицеридов жирных кислот из растительного масла является актуальной задачей. Необходимо проводить более глубокое исследование в данной области с целью создания эффективных, экономически выгодных и экологически чистых методов получения данных продуктов [7].

Процесс изучения кислот осуществлялся посредством гидролиза определённого вида масла, за которым следовала тщательная перегонка для очистки. Для удобства изложения результатов, данные о свойствах анализируемых кислот собраны и систематизированы в таблицу 1.

Таблица 1

Характеристика кислот [14]

Кислоты	Температура застывания, ºС	Йодное число, мг J 2 /100 г	Кислотное число, мг КОН/г
ЖКРМ	11,8	113,6	178,0
Р ЖКПМ	18,0	132,0	188,1

Счет молекулярной массы велся исходя из хроматографического состава. ЖКРМ: С0 16–3,9 С1 16–0,5 С1 18–64 С2 18–20,9 С3 18–9,9; ЖКПМ: С0 16–5,1 С1 16–0,5 С0 18–0,8 С1 18–16,1 С2 18–74,8 С3 18, С0 20–2,7, где С0 16- пальмитиновая кислота; С1 16- пальмитинолеиновая кислота; С0 18- стеариновая кислота; С1 18- олеиновая кислота; С2 18 — линолевая кислота; С3 18 — линоленовая кислота; С1 20 — гадеолеиновая кислота; С1 22- эруковая кислота. Применение для синтеза диэтаноламидов ЖКРМ, ЖКПМ и ДЭА позволяет расширить ассортимент известных неионогенных ПАВ (нПАВ).

При эквимольном соотношении реагентов реакция идет по схеме:

RCOOH+NH(C2H4OH)2→RC(O)N(CH2CH2OH)2+H2O, где R — остаток жирной кислоты. Получены диэтаноламиды на ЖКРМ — КРДА и на ЖКПМ — КПДА. Контроль реакции осуществлялся по изменению К. Ч., достигшего в конце процесса 4,5 мгКОН/г у КРДА и 5,5 мгКОН/г у КПДА [15].

Продолжительность синтеза составила 7,0–7,5 ч как для КРДА, так и для КПДА. При комнатной температуре синтезированные продукты — вязкие массы темнокоричневого цвета.

Адгезия поверхностно-активных веществ (ПАВ) к интерфейсу зависит от уникальной структуры их молекул. Эффективность и возможности применения ПАВ определяются балансом между их любовью к воде (гидрофильностью) и страстью к отталкиванию воды (гидрофобностью), что выражается через параметр гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ). Оптимальный выбор ПАВ для конкретной задачи неразрывно связан со значением ГЛБ, а также с таким показателем, как точка помутнения. Для удобства классификации ПАВ используется ГЛБ-шкала, которая имеет градацию от 0 до 20 [14].

Исследование ГЛБ для новых синтезированных ПАВ, примеры которых приведены в таблице 2, позволило выявить их высокую эффективность как эмульгаторов в системах, где масло распределяется в воде. Эти ПАВ также обладают способностью к образованию стабильных, прозрачных и легко растворимых в воде дисперсий.

Для создания стабильной эмульсии важны температурные параметры, в частности, необходимо учитывать температуру, при которой происходит помутнение поверхностно-активных веществ (ПАВ). В ходе исследования было выявлено, что синтетические компоненты для повышения нефтеотдачи скважин (КРДА) и компоненты для повышения добычи нефти (КПДА) начинают мутнеть при средней температуре 82 градуса Цельсия [5].

Пенообразующие характеристики также критичны и определяются соотношением между образовавшейся пеной и объемом исходного раствора. В данном случае, это соотношение находится в пределах от 0,048 до 0,050, что свидетельствует о сравнительно низкой способности данных синтетических продуктов к формированию пены. Это указывает на то, что в составе этих продуктов присутствуют неионогенные поверхностно-активные вещества с определенными свойствами [14].

Активные поверхностные вещества (ПАВ) выполняют ключевые функции, обеспечивая стабильность эмульсий, а также их эмульгирующую способность. Эта стабильность, иначе называемая агрегативной устойчивостью, определяется продолжительностью, в течение которой капельки в эмульсии существуют без расслаивания, а также временем их взаимодействия с межфазными поверхностями. Чтобы проверить эту устойчивость, мы провели тестирование, разбавив эмульсии до концентрации 0,5 % и интенсивно их взбалтывая. Наблюдения в течение двух часов и более подтвердили: эмульсии оставались нерасслоившимися, что свидетельствует об их высокой стабильности [7].

Активность поверхностно-активных веществ (ПАВ) в роли стабилизаторов можно понять, исходя из наличия различных уровней натяжения на границе между такими компонентами, как масло (дисперсионная фаза) и вода (диспергирующая среда). Отмеченные результаты исследования новых синтезированных соединений отражены таблице 2.

Таблица 2

Свойства водных растворов КРДА и КПДА [14]

Показатель	Значение
ККМ, моль/дм 3	3,7–3,8*10– 3
ГЛБ	12,63–12,65
Температура помутнения водного раствора концентрацией 1,0 г/дм 3 , °C	81,0–82,0
Кратность пены	0,048–0,050
Устойчивость эмульсии в течение 2 часов	Устойчивы
pH 1 % водного раствора	6,5–6,6

Исследования, проведенные над синтезированными компонентами КРДА и КПДА, выявили интересные особенности в их характеристиках. Специфические свойства, обнаруженные в КПДА, включают способность стимулировать стабилизацию, улучшать смачивание, способствовать образованию пены и эмульсии [15]. Это открытие подчеркивает функциональность этих веществ в различных применениях, где требуются поверхностно-активные качества.

Разработка технологии получения моно- и диглицеридов жирных кислот из растительного масла представляет собой значимый шаг в направлении создания новых продуктов для пищевой, фармацевтической и косметической промышленности. Эти соединения имеют широкий спектр применений и являются ключевыми ингредиентами во многих продуктах, таких как маргарин, кондитерские изделия, лекарственные препараты, кремы и лосьоны [10].

Использование разработанной технологии позволяет получать высококачественные моно- и диглицериды жирных кислот из растительного масла с высокой эффективностью и низкими затратами [9].

Одним из главных преимуществ разработанной технологии является ее экологическая безопасность. В процессе получения моно- и диглицеридов жирных кислот не используются опасные химические соединения или высокие температуры, что позволяет снизить негативное воздействие на окружающую среду и улучшить экологическую обстановку [1].

Другим важным аспектом использования разработанной технологии является возможность получения продукта с заданными характеристиками. Различные отрасли промышленности требуют моно- и диглицериды с определенным содержанием жирных кислот для достижения нужного эффекта в конечном продукте. Например, при производстве кондитерских изделий важно иметь продукт с определенной структурой и свойствами, чтобы обеспечить необходимую текстуру и стабильность изделий [2]. Разработанная технология позволяет контролировать содержание моно- и диглицеридов с высокой точностью, что делает ее привлекательной для использования в различных отраслях промышленности.

Кроме того, разработанная технология также имеет потенциал для улучшения функциональных свойств растительного масла. Моно- и диглицериды жирных кислот способны изменять эмульгирующие, структурообразующие и стабилизирующие свойства масла, что позволяет расширить его область применения и создать новые продукты с улучшенными характеристиками [12].

В целом, разработанная технология получения моно- и диглицеридов жирных кислот из растительного масла представляет значимый научный и технический вклад в области разработки новых продуктов для пищевой, фармацевтической и косметической промышленности. Ее экологическая безопасность, возможность контроля содержания жирных кислот и улучшение функциональных свойств растительного масла делают ее перспективным методом производства моно- и диглицеридов. Дальнейшие исследования и оптимизация процесса позволят расширить область применения этой технологии и создать новые инновационные продукты на основе растительного масла.

Литература:

1. Лепилкина О. В., Кушаков Н. М., Шутов В. Е. Гелеобразование в сырных продуктах на основе сухого молока и растительных жиров // Сыроделие и маслоделие. 2018. № 1. С. 38–41.
2. Лепилкина О. В., Смыков И. Т., Логинова И. В. О роли эмульгаторов в повышении качества сырных продуктов // Сыроделие и маслоделие. 2019. № 2. С. 44–45.
3. Остриков А. Н., Копылов М. В. Купажированное растительное масло — функциональный продукт питания // Успехи современного естествознания. 2021. № 7. С. 171–172.
4. Пилюк, Я. Э. Состав и соотношение жирных кислот маслосемян озимого и ярового рапса / Я. Э. Пилюк // Земледелие и селекция в Беларуси. — 2022. — № 58. — С. 420–427.
5. Позняковский В. М. Эволюция питания и формирование нутри-ома современного человека // Индустрия питания. 2019. № 3. С. 5–12.
6. Рощупкина Н. В. Роль эмульгаторов в формировании текстуры спредов // Пищевая промышленность. 2020. № 10. С. 64.
7. Состав жирных кислот и стероидов растительных масел / В. В. Хасанов, Г. Л. Рыжова, К. А. Дычко, Т. Т. Куряева // Химия растительного сырья. — 2006. — № 3. — С. 27–31.
8. Топникова Е. В. Продукты маслоделия: аспекты обеспечения качества. М.: Изд. Россельхозакадемии, 2022. 267 с.
9. Топникова Е. В. Роль эмульгаторов и стабилизаторов в маслообразовании и формировании структуры масла пониженной жирности // Сыроделие и маслоделие. 2018. № 5. С. 33–37.
10. Тохириён Б. Разработка нового вида комбинированного растительного масла и его использование в национальной восточной кухне: дис.... канд. техн. наук. Екатеринбург, 2020. 118 с.
11. Тохириён Б., Протасова Л. Г. Оценка значимости жирно-кислотного состава растительных масел для здорового питания // Известия УрГЭУ. 2019. № 5(55). С. 115–119.
12. Черешнев В. А., Позняковский В. М. Проблема продовольственной безопасности: национальные и международные аспекты // Индустрия питания. 2019. № 1. С. 6–14.
13. Heron S., Dreux M., Tchapla A. Post-column addition as a method of controlling triacylglycerol response coefficient of an evaporative light scattering detector in liquid chromatography-evaporative light-scattering detection // Journal of Chromatography. A. 2004. № 7. 1035(2). P. 221–225.
14. Lobato-Calleros C., Reyes-Hernández J., Beristain C. I., Hornelas-Uribe Y., Sánchez-García J. E., Vernon-Carter E. J. Microstructure and texture of white fresh cheese made with canola oil and whey protein concentrate in partial or total replacement of milk fat // Food Research International. 2021. № 40. Р. 529–537.
15. Mondello L., Tranchida P. Q., Stanek V., Jandera P., Dugo G., Dugo P. Silver-ion reversed-phase comprehensive twodimensional liquid chromatography combined with mass spectrometric detection in lipidic food analysis // Journal of Chromatography. A. 2005. № 9. 1086(1–2). P. 91–98.