Получение и исследование свойств жиров, обогащенных диацилглицеринами

Химия и химические технологии / 5.Фундаментальные проблемы создания новых материалов и технологий

К.т.н. Некрасов П.А.

Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Украина

Получение и исследование свойств жиров, обогащенных диацилглицеринами

Цивилизованность общества оценивается по состоянию здоровья нации.

Проблемы здоровья человека, связанные с алиментарно-зависимыми заболеваниями, т.е. заболеваниями, для которых доказана непосредственная связь с неправильным питанием (ожирение, сердечно-сосудистые заболевания, диабет 2-го типа), во многом зависят от состава рациона питания и пищевых характеристик используемых продуктов.

В современном мире с каждым годом возрастает число людей с избыточным весом. Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, их количество в настоящее время уже превысило 1 миллиард человек.

Концепция оптимального питания, лежащая в основе современных представлений о здоровье, определяет необходимость нового подхода к составу, свойствам, а следовательно, к технологиям выработки пищевых продуктов, которые должны не только являться источником питательных веществ и энергии для организма человека, но и обеспечивать его функциональными компонентами, обладающими способностью благоприятно воздействовать на физиологические функции и обмен веществ.

Общемировые тенденции в вопросах питания обуславливают растущую популярность функциональных продуктов. За последние 10 лет их рынок увеличился более чем в 2 раза и на данный момент превышает 60 миллиардов долларов.

Важно то, что в отличие от лекарств, функциональные продукты направлены на широкую аудиторию и могут использоваться регулярно в составе нормального рациона питания без каких-либо особых рекомендаций и ограничений.

Одной из инноваций являются продукты питания на основе жиров, обогащенных диацилглицеринами (ДАГ).

Современными исследованиями доказано, что применение в пищу диацилглицеринов снижает уровень нейтрального жира в крови. Был изучен процесс метаболизма диацилглицеринов и установлено, что они используются организмом в качестве источника энергии без эффекта ресинтеза [1–3]. Как результат, это приводит к уменьшению массы тела человека и снижению отложений жира, особенно на внутренних органах. Кроме того, было установлено, что диацилглицерины сдерживают развитие аномального метаболизма углеводов и являются полезными для пациентов с диабетом 2-го типа [4,5].

В настоящее время в Национальном техническом университете «ХПИ» проводятся работы по получению жиров, обогащенных диацилглицеринами, и исследованию их свойств с целью создания научно-практических основ технологии жировых продуктов лечебно-профилактического и функционального назначения.

Выполненные исследования позволили разработать одностадийный энергосберегающий процесс получения жиров, обогащенных диацилглицеринами, методом ферментативного глицеролиза. В качестве биокатализатора использовалась иммобилизированая липаза типа B Candida antarctica (ферментный препарат Novozym 435, Novozymes). Анализ продуктов реакции выполнялся методом газожидкостной хроматографии в соответствии с AOCS Official Method Cd 11b-91 [6]. Было установлено, что максимально достижимое содержание диацилглицеринов в продукте не превышает 52 массовых %. Остальные компоненты представлены свободными жирными кислотами, остатком глицерина, моно- и триацилглицеринами.

Для повышения содержания диацилглицеринов в получаемых жирах использовалась молекулярная дистилляция, позволяющая удалять из продуктов реакции глицерин, жирные кислоты и моноацилглицерины. Для этого была разработана и смонтирована оригинальная высоковакуумная установка, обеспечивающая остаточное давление 0,01 Па. Для нахождения оптимальных параметров указанного процесса использовался метод поверхностей отклика. Критерием оптимизации было выбрано содержание диацилглицеринов; независимыми факторами, которые варьировались, – температура и время.

Обработка полученных данных позволила вывести уравнение регрессии (1), описывающее зависимость содержания диацилглицеринов от температуры и времени дистилляции в области наибольших значений функции отклика.

f = – 1898,359 + 26,320∙t – 0,090∙t² + 61,648∙τ – 9,892∙ τ² – 0,079∙t∙τ (1)

где f – содержание диацилглицеринов, % масс.; t – температура; τ – время.

На рис. 1 изображено в графическом виде совокупное влияние температуры и времени на величину содержания диацилглицеринов, описываемое полученным полиномом.

Рисунок 1

Согласно расчетам, подтвержденным экспериментально, максимальная величина содержания диацилглицеринов (84% масс.) наблюдается при температуре 145 °С и времени дистилляции в течение 2,54 часа, что иллюстрируется данными рис. 1.

Дальнейшее увеличение температуры и времени ведет к уменьшению содержания диацилглицеринов за счет их уноса в дистиллят.

Для определения рациональных технологических режимов производства функциональных пищевых продуктов на основе жиров, обогащенных диацилглицеринами, были выполнены исследования кинетики их кристаллизации.

Кинетика кристаллизации жиров, обогащенных диацилглицеринами, имеет свои особенности, и поэтому известные модели кристаллизации жиров, в частности уравнение Авраами, в том числе модифицированное, а также Гомпертца, Фуберта и других [7–9] не могут быть применимы в данном случае, поскольку в указанные аналитические выражения не входят как параметры температура кристаллизации и компонентный состав.

Был проведен большой объем работы по исследованию поведения модельных жировых смесей, содержащих от 10 % до 80 % ДАГ. Кинетика кристаллизации изучалась в интервале температур от 5 °С до 35 °С методом ядерного магнитного резонанса.

Обработка полученных экспериментальных данных путем дисперсионного и регрессионного анализа с помощью пакета Statistica 8 (Statsoft, Inc.) позволила вывести аналитическое выражение, описывающее кинетику кристаллизации жиров, обогащенных диацилглицеринами (2):

Q = (w∙ln(f)–v∙ln(t)+s) ∙(1–exp(–a∙exp(b∙f–p∙t)∙(τ–exp(m∙t–n∙f+c))) (2)

где Q – содержание твердой фазы, %; f – содержание диацилглицеринов, % масс.; t – температура, °С; τ – время, минуты.

Численные значения констант, приведенных в уравнении (2), представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Константа	w	v	s	a	b	p	m	n	c
Значение	2,003	20,695	73,742	0,062	0,014	0,025	0,034	0,019	1,956

На рис. 2 представлена кинетика процесса кристаллизации жиров, обогащенных диацилглицеринами, полученная экспериментальным путем и теоретически рассчитанная. Температура изменялась от 5 до 35 °С при фиксированном содержании диацилглицеринов в количестве 80% масс.

Данные рис. 2 свидетельствуют о том, что модель адекватно описывает факторное пространство эксперимента.

Таким образом, работы, проводимые в Национальном техническом университете «ХПИ», создают предпосылки для создания научно обоснованной технологии получения жиров, обогащенных диацилглицеринами, и продуктов питания на их основе, имеющих лечебно-профилактическую и функциональную направленность.

Литература:

1. Hidekatsu Y. Diacylglycerol oil for the metabolic syndrome / Y. Hidekatsu, Y. Tomono, K. Ito, N. Furutani, H. Yoshida, N. Tada // Nutrition Journal. – 2007. – Vol. 43, №2. – P.382–385.

2. Akoh C.C. Food lipids: chemistry, nutrition, and biotechnology, 3rd ed. / Casimir C. Akoh and David B. Min. – CRC Press, Taylor & Francis Group, New York, 2008.– 914 p.

3. Matsuo N. Nutritional characteristics and health benefits of diacylglycerol
in foods / N. Matsuo // Food Sci. Technol. Res. – 2004. – Vol. 10, № 2. – P. 103 – 110.

4. Saito S. Dietary 1,3‑diacylglycerol protects against diet-induced obesity and insulin resistance / S. Saito, A. Hernandez-Ono, H. N. Ginsberg // Metabolism Clinical and Experimental. – 2007. – Vol. 56, № 11. – P. 1566 – 1575.

5. Yamamoto K. Diacylglycerol oil ingestion in type 2 diabetic patients with hypertriglyceridemia / K. Yamamoto, M. Takeshita, I. Tokimitsu et al. // Nutrition. – 2006. – Vol. 22, Issue 1. – P.23–29.

6. AOCS. In: Firestone D, editor. Ofﬁcial methods and recommended practices of the American Oil Chemist’s Society. 5th ed. Champaign, IL: American Oil Chemists’ Society (AOCS), 2003.

7. Widlak N. Crystallization and solidification properties of lipids / N. Widlak, R. W. Hartel, S. Narine. – USA: American Oil Chemists’ Society (AOCS), 2001. – 246 p.

8. Foubert I. Dynamic mathematical model of the crystallization kinetics of fats / I. Foubert, P.A. Vanrolleghem, B. Vanhoutte, K. Dewettinck // Food Research International. – 2002. – Vol. 35, № 10. – P. 945 – 956.

9. Foubert I. Modelling of the crystallization kinetics of fats / I. Foubert, K. Dewettinck, P.A. Vanrollegheme // Trends in Food Science & Technology. – 2003. – Vol. 14, № 3. – P. 79 – 92.