Ученые «ФИЦ питания и биотехнологии» изобрели замену пальмовому маслу

Российская пищевая промышленность в настоящее время зависит от импортных тропических масел (пальмовое, пальмоядровое, кокосовое). Чаще всего их используют производители кондитерских изделий в качестве твердых жиров. Однако зависимость от импорта угрожает технологическому суверенитету страны. Поэтому перед российской наукой стоит задача обеспечения собственными разработками и технологиями в пищевой отрасли. Одним из таких ноу-хау стало изобретение ученых Федерального исследовательского центра питания, биотехнологии и безопасности пищи. Они создали полезную замену импортным тропическим маслам — олеогели. Главная ценность продукта в том, что оно почти не содержит вредных жиров, а произвести его можно из отечественного сырья без особых затрат. 

Подробнее о том, что такое олеогели, и с чем их едят, говорим с одним из разработчиков продукта, ведущим научным сотрудником лаборатории пищевых биотехнологий и специализированных продуктов «ФИЦ питания и биотехнологии», кандидатом биологических наук Варужаном Саркисяном.

— Варужан Амбарцумович, расскажите подробнее о Вашей разработке. Что такое олеогели? Зачем их использовать?

— Всем хорошо известны классические гели — это системы, в которых вода плотно удерживается каким-то структурообразователем, например, как в мармеладе. Олеогели — это аналогичные системы, в которых вместо воды удерживается жидкое растительное масло. Долгое время олеогели использовали исключительно в фармацевтике для получения различных мазей и прочих систем доставки лекарственных субстанций. В последние 15 лет в мире активно развивается направление именно пищевых олеогелей. Это не случайно, и связано с необходимостью решения проблем как здоровьесбережения населения, так и пищевой промышленности.

Современный рацион питания человека характеризуется чрезмерным потреблением насыщенных и транс-изомерных жирных кислот, которые являются ключевыми факторами риска развития алиментарно-зависимых, в первую очередь сердечно-сосудистых заболеваний, занимающих лидирующее место в мире среди причин смертности населения.

Однако именно эти жиры необходимы для формирования заданных потребительских свойств пищевых продуктов (кондитерская, масложировая, мясоперерабатывающая продукция). Поэтому их исключение требует поиска новых технологических решений, обеспечивающих возможность адекватной замены.

Таким образом, актуальной задачей является поиск альтернативы традиционным твердым жирам со схожими технологическими свойствами с использованием отечественного сырья в достаточном объеме для удовлетворения потребностей рынка.

Олеогели имеют низкое содержание насыщенных и транс-изомерных жирных кислот и твердую консистенцию, поэтому позволяют одновременно решать проблему снижения критически значимых пищевых веществ в составе пищевых продуктов или пищевом рационе и обеспечения потребительского качества пищевой продукции.

— Что выступает в качестве структурообразователя в олеогелях?

— Наибольшее распространение в качестве структурообразователей в мировой практике получили моноглицериды и этилцеллюлоза, однако они имеют существенные ограничения, связанные с технологическими особенностями производства. В частности, олеогели на основе моноглицеридов при термической обработке могут быть источниками монохлорпропандиолов, глицидола и его эфиров — общепризнанных канцерогенов. Технологический процесс получения этилцеллюлозных олеогелей включает обязательный этап высокотемпературной обработки (180 °C), что приводит к резкому накоплению продуктов окисления.

Наиболее перспективными с технологической и экономической точки зрения являются воски — многокомпонентные смеси, включающие вещества различной природы (углеводороды, восковые эфиры, свободные жирные кислоты и спирты). Воски различаются по происхождению и компонентному составу, потому обычно исследователи комбинируют различные воски для достижения желаемых свойств геля.

Перечень пищевых восков ограничен, потому оптимизация свойств олеогелей за счет комбинирования различных восков не может обеспечить формирование приемлемых потребительских свойств для широкого спектра пищевой продукции. Кроме того, долгое время роль отдельных компонентов в составе восков в формировании свойств олеогелей являлась неизученной, потому комбинации различных восков составлялись произвольно.

— Какое решение этой проблемы предложила ваша научная команда?

— Мы предложили проводить фракционирование восков для выделения отдельных его компонентов и изучения их индивидуальной способности к гелеобразованию. Наиболее разнообразный фракционный состав имеет пчелиный воск, потому все работы мы проводили с ним.

Впервые в мировой научной практике методом препаративной жидкостной хроматографии с использованием пищевых растворителей были выделены и охарактеризованы в качестве новых материалов все основные фракции пчелиного воска. При изучении кристаллизационных свойств комбинаций фракций выявлен нелинейный характер взаимодействия с образованием эвтектических смесей, обладающих температурами плавления существенно ниже, чем температуры плавления природных восков.

Мы показали возможность целенаправленной разработки новых материалов с заданными структурно-механическими и термическими характеристиками за счет синергетических комбинаций отдельных фракций.

Мы разработали теоретические основы термодинамической интерпретации взаимосвязи микроструктуры и реологических свойств восковых олеогелей со связывающей энтропию микроструктуры и предел текучести. Предложенная модель полезна для прогнозирования и направленного формирования реологических свойств олеогелей.

Кроме того, нами установлены критические факторы, определяющие свойства олеогелей: концентрация и состав структурообразователя, содержание полярных веществ и степень ненасыщенности масел, а также скорость охлаждения.

В рамках изучения качества и безопасности разрабатываемых жировых систем проведены комплексные исследования их окислительной стабильности. Установлена закономерность снижения окислительной стабильности олеогелей в зависимости от содержания свободных жирных кислот в составе структурообразователя. Впервые определены профили летучих органических соединений, образующихся при окислении олеогелей в процессе хранения, что позволило оценить динамику окислительных процессов и выявить условия для минимизации образования продуктов окисления. По выявленному факту образования кетонов и гидроксикетонов выдвинута гипотеза о присутствии поливалентных металлов в составе структурообразователя, способных катализировать окисление олеогелей. Предложен способ улучшения окислительной стабильности олеогелей за счет внесения хелатирующих компонентов.

— Какую практическую значимость имеют эти открытия?

— Выявленные фундаментальные закономерности легли в основу разработанной нами концепции стандартизации пчелиного воска за счет добавления к нему его отдельных фракций. Стандартизация позволила нивелировать влияние вариативности состава воска, зависящей от породы пчел, региона их обитания и других факторов, для разработки олеогелей с воспроизводимыми технологическими характеристиками.

Таким образом, свойства восковых олеогелей можно адаптировать под задачи разработки различных пищевых продуктов.

В рамках изучения возможности применения олеогелей в составе пищевой продукции, удалось успешно интегрировать их в рецептуру различных пищевых продуктов (кондитерской и масложировой продукции). Проведена опытно-промышленная апробация рецептуры и технологии жирового продукта с использованием олеогеля.

— Насколько востребованы эти результаты в промышленности?

— Учитывая простоту технологии приготовления олеогелей, отсутствие необходимости переоснащения существующих технологических линий и высокий ожидаемый спрос, предполагается, что они будут изготавливаться на имеющихся масложировых производствах в различных субъектах РФ, по аналогии с используемыми коммерческими заменителями молочного жира. Использование воскового олеогеля будет обходиться на 38,8 % дешевле (экономия более 70 тыс. руб. с 1 т) по сравнению с традиционным коммерческим жировым продуктом.

Кроме того, заменители молочного жира получают методом переэтерификации. Эта технология требует использования специализированного высокотехнологичного оборудования и ферментов-катализаторов, производство которых полностью отсутствует в России. Таким образом, использование олеогелей позволит не только снизить стоимость продукции, но также решить проблему полной технологической зависимости отрасли от импорта сырья и оборудования.

Важным аспектом работы является развитие глубокой переработки отечественного сельскохозяйственного сырья, и создание новых каналов сбыта для продукции пчеловодства и других отраслей, в которых воски являются побочными продуктами производства (например, вымораживание подсолнечного масла). Использование восков и их фракций открывает для различных отраслей сельского хозяйства стабильный рынок продукции с высокой добавленной стоимостью, что будет способствовать их устойчивому развитию. Наша технология позволяет создать полный цикл производства внутри страны: от сырья (воски, растительные масла) до высокотехнологичного пищевого ингредиента (фракции воска и их комбинации) и конечного пищевого продукта (олеогели, жиры, кондитерские и мясные изделия).