Kemerovo, Kemerovo, Russian Federation
Kemerovo, Kemerovo, Russian Federation
Enzymatic reetherification of fats has numerous technological and economic advantages, which makes its large-scale implementation highly efficient. Unlike chemical modification, enzymatic reetherification demonstrates a greater specificity, typical of the catalytic action of lipase, and a higher controllability. Lipases with positional specificity cause redistribution of fatty acids to occur only in extreme provisions of triglycerides. In addition, this method is 1.5 times lower than hydrogenation of fats. The authors used the facilities of an innovative laboratory provided by JSC Eurasian Foods Corporation to conduct practical research on reetherification of fatty mixes. The main objective was to study the effect of the fats obtained by fermental reetherification on the quality indicators of butterfat substitutes. The research featured the input products to be used in the formula of reetherified fat and prepared fat mixes for butterfat substitutes. The paper describes the process of enzymatic reetherification of mixes of oils and fats, prepared reesterified fats, and buttermilk substitutes obtained from reetherified fats. The process involved a sequence of reactors filled with Lipozyme TL IM, a granulated substance of a microbic 1.3-specific lipase. The lipase was obtained from Thermomyces Lanuginosus, which had been immobilized with silica gel. The obtained products conformed to the butterfat standards in that they contained 16–2% of polynonsaturated fatty acids, no transisomers of fatty acids, ≤ 38% of palmitiny acid, and ≤ 5% of solid triglycerides at 35 of °C. The melting temperature was under body heat. The resulting characteristics of butterfat substitutes make them high-quality dairy products.
Transesterification, lipase trans-isomers, melting, triglycerides
На сегодняшний день необходимость широкого внедрения процесса переэтерификации жиров не вызывает сомнений. Развитие этой технологии стиму- лируется рыночными отношениями внутри страны и проникновением на отечественный рынок оборудова- ний ведущих зарубежных фирм. Кроме того, внедрение переэтерификации жиров имеет и экономические пре- имущества: расходы на этот способ переработки при правильной организации процесса примерно в полтора раза ниже расходов на гидрирование жиров [1].
Широкое распространение данной технологии объясняется рядом причин. Во-первых, при переэ- терификации жировых смесей, используемых в про- изводстве эмульсионных масложировых продуктов, резко повышается пластичность жировой основы, что позволяет максимально приблизить консистенцию маргаринов и спредов к консистенции сливочного масла. Переэтерифицированные жиры легко дезодо- рируются и не обнаруживают реверсии вкуса и запа- ха исходных жиров даже при достаточно длительном хранении. Это позволяет полностью или частично заменить кокосовое и подобные ему тропические масла при производстве масложировой продукции высокого качества. Кроме того, продукция, содер- жащая переэтерифицированные жиры, устойчива к окислительной порче и длительное время не меняет свои структурно-механические характеристики при хранении. Все эти факторы позволяют, используя ограниченный ассортимент жирового сырья, органи- зовать производство разнообразных жировых про- дуктов целевого назначения.
Переэтерификация представляет собой сочетание гидролиза и синтеза триглицеридов. Причем замена жирнокислотных остатков может протекать как слу- чайным образом (неспецифичная переэтерификация), так и затрагивать только определенные позиции (пе- реэтерификация с позиционной специфичностью). При случайной переэтерификации жирнокислотные радикалы свободно перемещаются с одной позиции на другую в одном и том же глицериде или от од- ного глицерида к другому. После перегруппировки жирных кислот достигается равновесие, которое основано на составе исходного сырья и может быть предсказано на основе теории вероятности. Направ- ленная перегруппировка препятствует усреднению жирнокислотного состава, сдвигая равновесие в сме- си. Переэтерификация триглицеридов на химических катализаторах происходит только в жидкой жировой фазе и затрагивает все три сложноэфирных связи в молекулах триглицеридов [2]. Ферментативная пере- этерификация протекает на границе раздела жировой и водной фаз. Ферменты, а именно липазы, являют-
ся природными биологическими катализаторами. В промышленности используют в основном липазы микробиологического происхождения, т. е. выде- ляемые микроорганизмами в питательную среду. Липазы преобразуют масла и жиры путем гидролиза триглицеридов и отщепления от них жирных кислот. Эта реакция противоположна синтезу триглицеридов и является обратимой.
Главным преимуществом энзимной переэте- рификации, по сравнению с химической, явля- ются специфичность, присущая каталитическому действию липазы, и более высокая управляемость реакцией [4]. При использовании липаз, обладающих позиционной специфичностью, перераспределение жирных кислот происходит только в крайних поло- жениях триглицеридов. В этой технологии исполь- зуется последовательность реакторов, заполненных иммобилизованной липазой от генетически моди- фицированных представителей рода Aspergilillus, в которые был перенесен липазный ген Thermomyces Lanuginosus [3].
Точный механизм процесса переэтерификации с использованием липаз до сих пор не установлен. Одним из наиболее возможных вариантов является образование промежуточного комплекса липаза-кис- лота, который возникает, например, в результате высвобождения диглицерида из липазо-триглицерид- ного комплекса. Промышленное применение липазы в качестве химического катализатора для переэте- рификации жиров было бы невозможным без учета специфичности ферментов. Данный внеклеточный фермент микробиологического происхождения об- ладает позиционной специфичностью относительно внешних позиций (sn 1, 3) на глицериновом каркасе. Таким образом, его можно было бы использовать для получения жиров с высокой симметричностью моно- ненасыщенных триглицеридов.
Переэтерификацию целесообразно применять так- же для получения различных заменителей молочного жира (ЗМЖ). Для получения молокосодержащей про- дукции, не уступающей по качеству (то есть по вкусу и стабильности, а также по физическим свойствам) продукту с молочным жиром, при создании замени- теля молочного жира важно правильно подобрать ингредиентный состав. Главная задача – получить безопасный для здоровья и удобный в обращении продукт, позволяющий гибко подходить к созданию рецептур. Растительные жиры, применяемые в мо- лочной промышленности, должны иметь светлый цвет, нейтральный вкус и аромат без каких-либо побочных запахов и быть стабильными. Обычно для обеспечения нужной консистенции от них требуется наличие определенного профиля плавления, особен-
Tereshchuk L.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2019, vol. 49, no. 2, pp. 270–280
но в смеси с молочным жиром. Это профиль должен быть близким к профилю плавления молочного жира, но немного отличаться от него вследствие различных технологических факторов и взаимодействия с мо- лочным жиром [4].
Целью настоящей работы является исследование влияния жиров, полученных методом ферментной пе- реэтерификации, на показатели качества заменителей молочного жира, изготовленных с их использованием.
Для реализации цели поставлены следующие задачи:
- подбор компонентного состава переэтерифици- рованных жиров для производства ЗМЖ с ограни- ченным содержанием транс-изомеров олеиновой кислоты (не более 1 %);
- разработка рецептуры и конструирование сба- лансированного жирнокислотного состава заме- нителя молочного жира согласно требованиям нормативно-технической документации;
- подбор технологических режимов проведения про- цесса ферментной переэтерификации;
- получение переэтерифицированного жира в лабора- торных условиях на базе инновационной технологи- ческой лаборатории АО «Eurasian Foods Corporation»;
- изучение жирнокислотного состава полученных пе- реэтерифицированных жиров и многокомпонентных смесей для ЗМЖ;
- изучение характеристик ЗМЖ: определение содер- жания твердых триглицеридов при различных тем- пературах, твердости по Каминскому, температуры плавления и оценка органолептических показателей.
Объекты и методы исследования
Объектами исследования явились: сырьевые ком- поненты, выбранные для включения в рецептуру пе- реэтерифицированного жира и готовой смеси жиров для заменителей молочного жира (ЗМЖ); процесс энзиматической переэтерификации смеси масел и жиров, готовые переэтерифицированные жиры; заме- нители молочного жира, полученные с использовани- ем энзиматически переэтерифицированных жиров.
В качестве сырьевых компонентов для включения в рецептуры ЗМЖ были выбраны: образец пальмо- вого стеарина рафинированного, отбеленного и де- зодорированного (производство Малайзия); образец пальмоядрового масла рафинированного, отбеленного и дезодорированного (производство Малайзия); об- разец подсолнечного масла рафинированного, отбе-
метиловых эфиров жирных кислот идентифициро- вали и рассчитывали количественное содержание жирных кислот по площадям пиков в процентах, ис- пользуя стандартную методику.
Содержание твердых триглицеридов в жировом
сырье определяли при помощи ЯМР-анализато- ра по ГОСТ Р 52179-2003. Визуальную оценку и органолептические показатели определяли по ГОСТ Р 52179-2003. Отбор и подготовку проб жи- рового сырья проводили согласно требованиям ГОСТ Р ИСО 5555-2010. «Масла и жиры животные и растительные. Отбор проб» и СТБ ISO 661-2008
«Масла и жиры животные и растительные. Подготов- ка испытуемой пробы».
При изучении физико-химических показателей растительных масел и жиров определяли:
- температуру плавления в капилляре, открытом с двух концов;
- кислотное число методом титрования по ГОСТ 31933-2012;
- перекисное число по ГОСТ ISO 3960-2013;
- йодное число по методу Гануса.
Исследования проводились в трех параллелях для сходимости результатов и обрабатывались статисти- чески. В результатах исследования приведены сред- ние значения показателей.
Результаты и их обсуждение
На первом этапе было выбрано и исследовано сы- рье для получения смесей, направляемых на переэте- рификацию. Поскольку Малайзия является ведущим производителем и главным экспортером обработан- ного пальмового, а также пальмоядрового масла, для включения в рецептуры были выбраны образцы ма- сел, произведенные в этой стране. Пальмовое масло поставляется как в сыром виде, так и в рафинирован- ном, дезодорированном, отбеленном, а также в виде олеиновой, средней и стеариновой фракций.
Исследуемый образец пальмового стеарина – это твердая фракция, получаемая в процессе низкотем- пературной обработки пальмового масла. Поскольку в странах, входящих в Единый таможенный союз, отсутствует нормативный документ, регламенти- рующий содержание отдельных жирных кислот в продуктах фракционирования пальмового масла, для контроля опирались на литературные данные дей- ствующего Малазийского стандарта MS 815:1991. В таблице 1 приведен жирнокислотный состав иссле- дуемого образца пальмового стеарина.
|
ленного и дезодорированного (производство Россия); образец рапсового масла рафинированного, отбелен- |
|
Жирнокислотный состав исследуемого образца пальмового стеарина соответствует нормам, указан- |
|
ного и дезодорированного (производство Россия). Исследования свойств сырьевых компонентов и готовых заменителей молочного жира проводили |
|
ным в Малазийском стандарте, и отличается высоким содержанием насыщенных жирных кислот: пальми- тиновой С 16:0 и стеариновой С 18:0. При фракцио- |
|
используя стандартные методы. Для определения |
|
нировании пальмитиновая кислота имеет тенденцию |
|
жирнокислотного состава масел и жиров применяли |
|
переходить в стеариновую фракцию. Однако содер- |
|
газожидкостную хроматографию по ГОСТ 30418-96. |
|
жание олеиновой кислоты близко к неразделенному |
|
Использовали газожидкостной хроматограф «Agilent |
|
пальмовому маслу. |
|
GC 7890» c пламенно-ионизационным детектором по |
|
В таблице 2 приведены физико-химические пока- |
|
методу программирования температуры от 40 °С до |
|
затели образца пальмового стеарина. |
|
250 °С. Использовали капиллярную колонку фирмы |
|
Содержание твердых триглицеридов в исследу- |
|
«Varian SipSill – 88». Полученные хроматограммы |
|
емом образце при низких температурах имеет зна- |
|
|
272 |
|
Терещук Л. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 2 С. 270–280
Таблица 1. Жирнокислотный состав пальмового стеарина
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Таблица 2. Физико-химические показатели пальмового стеарина
Table 2. Physical and chemical indicators of palm stearin
|
Наименование показателя |
Характеристика исследуемого образца пальмового стеарина |
|
Температура плавления, °С |
51 |
|
Содержание ТТГ, %: |
|
|
5 °С |
82,48 |
|
10 °С |
81,92 |
|
20 °С |
67,92 |
|
30 °С |
47,19 |
|
35 °С |
37,27 |
|
40 °С |
27,57 |
|
Кислотное число, мг КОН/г |
0,03 |
|
Перекисное число, ммоль акт. кислорода/кг |
1 |
|
Йодное число, г I /100 г 2 |
32,9 |
чение, которое близко к 100 %: образец отличается высокой твердостью и колющейся консистенцией. При высоких температурах в интервале 30–40 °С содержание твердых триглицеридов также достаточ- но высоко. Данные свидетельствуют, что это сырье можно использовать в ограниченном количестве в жировых композициях в качестве консистентного жира или в переэтерифицированном виде с жидкими растительными маслами.
Высокая температура плавления также не по- зволяет использовать стеарин в чистом виде, но при использовании его в смесях с жидкими растительны- ми маслами, не имеющими твердых триглицеридов, можно получить сбалансированную жировую смесь с температурой плавления менее 36 °С.
Невысокое значение йодного числа свидетель- ствует о максимальном количестве в пальмовом стеарине насыщенных жирных кислот, а именно длинноцепочечных. Значение кислотного числа не выходит за рамки требований нормативно-техниче- ской документации и свидетельствует о том, что вла- га в данном образце отсутствует. Перекисное число в исследуемом образце имеет ожидаемо низкое значе- ние из-за максимально низкого содержания ненасы- щенных жирных кислот с двумя и более двойными связями, которые наиболее подвержены процессам окисления. Пальмовый стеарин наиболее устойчив к появлению вторичных продуктов окисления. Это еще раз доказывает, что использование данной фракции в рецептурном составе жировых композиций может положительно повлиять на устойчивость к окисли- тельным процессам.
Образец пальмоядрового масла производства Малайзии имел полутвердую консистенцию и белый цвет с желтоватым оттенком. В таблице 3 приведен жирнокислотный состав исследуемого образца пальмоядрового масла. Жирнокислотный со- став исследовался согласно ГОСТ 30623-98. «Масла растительные и маргариновая продукция. Метод об- наружения фальсификации» [9].
Данные таблицы свидетельствуют о том, что жирнокислотный состав исследуемого образца паль- моядрового масла соответствует нормам. Особой отличительной чертой данного растительного масла является большое количество лауриновой кислоты С 12:0, которая составляет почти 50 % от массовой доли жирных кислот. Так как эта кислота относится к разряду среднецепочечных жирных кислот, пальмоя- дровое масло при комнатной температуре находится в мазеобразном состоянии, подобно пальмовому, а при температурах выше комнатной моментально переходит в жидкое состояние. В таблице 4 приведены физико-хи- мические показатели образца пальмоядрового масла.
Приведенные данные свидетельствуют о том, что при низких температурах содержание твердых триг- лицеридов в пальмоядровом масле очень высоко, а при высоких температурах (в интервале 30–40 °С) не
Таблица 3. Жирнокислотный состав пальмоядрового масла
|
Tereshchuk L.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2019, vol. 49, no. 2, pp. 270–280
Таблица 4. Физико-химические показатели образца пальмоядрового масла
|
Таблица 5. Рецептуры переэтерифицированных жиров для производства ЗМЖ
Table 5. Reetherified fat formulations for butterfat substitutes production
|
Наименование сырья |
Содержание, % |
|
|
Рецептура 1 |
Рецептура 2 |
|
|
Пальмовый стеарин |
60 |
60 |
|
Пальмоядровое масло |
20 |
16 |
|
Подсолнечное масло |
– |
12 |
|
Рапсовое масло |
20 |
12 |
|
Итого |
100 |
100 |
превышает 1 %. Это свидетельствует о легкоплавко- сти пальмоядрового масла. Температура плавления составляет порядка 27 °С. Невысокое йодное чис- ло свидетельствует о максимальном количестве в пальмоядровом масле насыщенных жирных кислот, в частности низко- и среднецепочечных. Значения показателей окислительной и гидролитической порчи свидетельствуют о высокой устойчивости пальмоя- дрового масла в процессе хранения.
На основании проведенного анализа качества об- разцов пальмового стеарина и пальмоядрового масла был сделан вывод об их пригодности для использова- ния в составе композиций масел и жиров для переэ- терификации.
На втором этапе, на основании анализа физико-хи- мических показателей и жирнокислотного состава сы- рьевых компонентов, были подобраны соотношения твердых и жидких растительных масел в композици- ях, предназначенных для ферментной переэтерифика- ции. При составлении смесей использовалось сырье, изначально не содержащее трансизомеров жирных кислот. В таблице 5 приведены рецептуры смесей для переэтерифицированных жиров.
После разработки рецептур жировых смесей для ЗМЖ, проводили их переэтерификацию в услови- ях инновационной технологической лаборатории АО «Eurasian Foods Corporation». Процесс переэ- терификации позволяет максимально приблизить свойства заменителя к свойствам молочного жира. Это дает возможность достигать широчайшего диа- пазона совместимости данных продуктов. Предпо- чтение было отдано ферментной переэтерификации, т. к. специфические липазы, используемые в качестве катализатора в этом процессе, позволяют получать жиры определенного состава, что невозможно при применении традиционной химической переэтери- фикации. Этот способ представляет большой инте- рес, особенно при необходимости присоединения конкретной жирной кислоты в нужной позиции, что
часто требуется для создания жиров специального назначения.
Технологический процесс ферментной переэтери- фикации состоит из следующих основных стадий:
- подготовка ферментного катализатора;
- приготовление исходной смеси масел и жиров;
- подогрев исходной смеси жиров до температуры переэтерификации;
- ферментативная переэтерификация;
- охлаждение переэтерифицированного жира до тем- пературы хранения.
Для получения переэтерифицированных жиров в качестве катализатора был выбран ферментный пре- парат «Lipozyme TL IM», который представляет собой гранулированный препарат микробной 1,3-специфи- ческой липазы из Thermomyces Lanuginosus, иммоби- лизованной на силикагеле [5, 6, 21].
«Lipozyme TL IM» (рис. 1) представляет собой су- хой гранулированный продукт светло-бежевого цвета, не растворимый в масле. Проявляет механическую стабильность в масле при температурах до 75 °С.
Катализатор «Lipozyme TL IM» имеет следующие
характеристики, представленные в таблице 6.
В настоящее время катализатор «Lipozyme TL IM» поставляется в упаковке в виде канистр по
20 кг, которые плотно закрыты в пластмассовых канистрах по 75 кг для более безопасной обработки
Рисунок 1. Катализатор «Lipozyme TL IM» (гранулы под микроскопом)
Figure 1. Catalyst Lipozyme TL IM (microscope image of the granules)
Терещук Л. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 2 С. 270–280
Таблица 6. Характеристика катализатора
«Lipozyme TL IM» [23]
Table 6. Characteristics of Lipozyme TL IM [23]
|
Наименование показателя |
Значение |
|
Размер частиц, мкм |
300–1000 |
|
Влажная насыпная плотность (в масле), г/мл |
0,42 |
|
Истинная плотность, г/мл |
1,8 |
и пониженной влажности. Использованный неактив- ный фермент можно утилизировать вместе с отбели- вающей землей.
На рисунке 2 приведена технологическая схема энзимной переэтерификации [14–16].
Установка состоит из серии работающих в не- прерывном режиме реакторов, наполненных препа- ратами фермента в качестве катализатора. Он имеет также ряд периферийных узлов, таких как специаль- ная система смешения и подачи ферментов, вакуум- ная установка и другие.
Свежий иммобилизованный фермент содержит около 5 % воды. В связи с этим перед началом переэте- рификации был проведен процесс обезвоживания фер- мента, в результате которого первые две порции масла имели повышенное кислотное число, т. к. каждые 0,1 % влаги в сырье или катализаторе приводят к образова- нию 1,5 % свободных жирных кислот [7–9, 17].
Для такой обработки фермента в один из реакто- ров подают партию ферментного препарата, создают давление 0,25–0,5 бар (абсолютное) и проводят деаэ- рацию препарата в течение нескольких минут. Затем в реактор подают масло с температурой 70 °С для пропитывания ферментного препарата.
Первоначальная скорость подачи масла (первые 20–30 мин) поддерживалась от 250 до 350 кг/ч для обеспечения достаточного пропитывания слоя фер- ментного препарата без нарушения носителя. Затем скорость подачи насосом постепенно увеличивали до 1200 кг/ч и после заполнения нижней секции реактора маслом (после полного пропитывания фер-
ментного препарата) вакуумный насос отключили, а масло продолжили подавать в реактор для заполне- ния оставшегося пространства над слоем ферментно- го препарата.
Процесс обезвоживания ферментного препарата был завершен в момент, когда кислотное число масла достигло постоянной величины. Затем приступили непосредственно к процессу ферментативной переэ- терификации.
Для этого смесь масел и жиров, в соответствии с разработанной рецептурой, подготавливали в питающем баке, который оборудован тензометри- ческими весами. Растительные масла и жиры поо- чередно подаются в бак, где путем перемешивания при помощи мешалки обеспечивается однородность смеси. Полученная смесь насосом направляется в буферную емкость.
Вся установка работает под вакуумом, который обеспечивается вакуумной системой [10].
Из буферной емкости через расходомер, обеспе- чивающий постоянно контролируемый поток масла (скорость составляет от 2,5 до 4,0 кг масла на 1 кг фер- мента), смесь масел поступает в теплообменник, кото- рый контролирует температуру масла и поддерживает ее на уровне, не превышающем 70 °С. В теплообмен- нике используется пар под давлением 0,3 Мпа.
Нагретая до 70 °С, исходная смесь масел и жиров поступает в реакторы, которые работают последо- вательно. Во время проведения процесса переэте- рификации температуру в реакторах поддерживали на уровне не выше 70 °С во избежание инактивации ферментного препарата.
Цилиндрические реакторы снабжены рубашкой, где циркулирует вода за счет работы общего циркуля- ционного насоса. В реакторе установлен специальный фильтр в виде клиновидных колосников для удержа- ния ферментного препарата. Масло проходит через слой фермента сверху вниз. Скорость подачи масла составляет от 2,5–4,0 кг масла на 1 кг фермента. Насо- сы обеспечивают подачу масла в следующий реактор.
Реакция переэтерификации заняла около часа. Процесс контролировали по температуре плавления
Таблица 7. Физико-химические показатели переэтерифицированных жиров, полученных
с применением ферментного препарата «Lipozyme TL IM»
Table 7. Physico-chemical parameters of the reetherified fats obtained with the use of the enzyme preparation Lipozyme TL IM
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
Figure 2. Technological scheme of enzyme reetherification
Tereshchuk L.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2019, vol. 49, no. 2, pp. 270–280
Таблица 8. Жирнокислотный состав переэтерифицированных жиров
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Таблица 9. Рецептуры разрабатываемых ЗМЖ
|
||||||||||||||||||
переэтерифицированного продукта и содержанию в нем твердых триглицеридов.
После того как ферментный препарат в реакторе утрачивает свою эффективность (т. е. физико-хи- мические показатели исходного сырья не меняются после прохождения через реактор), масло сливают, а ферментный препарат из данного реактора удаляют. Удаление отработанного препарата из реактора осу- ществляют при помощи промышленного очистителя вакуумного действия, после чего реактор заполняют новой партией ферментного препарата.
Переэтерифицированный жир насосом подают на полировочные фильтры, а затем на окончательный охладитель. Охлажденный переэтерифицированный жир перекачивают в бак для накопления, затем на- правляют на дезодорацию [11].
Физико-химические показатели переэтерифици- рованных жиров, полученных с применением фер- ментного препарата «Lipozyme TL IM», приведены в таблице 7 [12].
Жирнокислотный состав полученных переэтери- фицированных жиров приведен ниже в таблице 8.
Как видно из вышеизложенных данных, полу- ченные переэтерифицированные жиры не содержат трансизомеров жирных кислот, их твердость по Каминскому не превышает заданных значений нор- мативно-технической документации. Следовательно, они могут быть использованы в составе заменителей молочного жира.
Нашей задачей было разработать продукт, полно- стью удовлетворяющий требованиям ГОСТ 31648- 2012. Были учтены требования, предъявляемые к сырью. Ниже приведены рецептуры заменителей молочного жира с указанием массовых долей рецеп- турных компонентов.
Поскольку к заменителям молочного жира предъ- является ряд достаточно жестких требований по жир- нокислотному составу, для достижения показателей,
регламентируемых ГОСТ 31648-2012, в одном из вариантов полученный переэтерифицированный жир был смешан с жидкими растительными маслами. Со- гласно ТР ТС 024/2011 заменитель молочного жира – это продукт с массовой долей жира не менее 99,0 %, предназначенный для замещения молочного жира в пищевых продуктах, произведенный из немодифи- цированных и/или модифицированных растительных масел с добавлением или без добавления пищевых добавок. В таблице 10 приведены физико-химиче- ские показатели разработанных ЗМЖ.
По требованиям ГОСТ 31648-2012, температура плавления ЗМЖ должна составлять не более 36 °С, продукт должен содержать не более 5 % твердых триглицеридов при 35 °С, не более 65 % массовой доли насыщенных кислот от суммы жирных кислот, в том числе не более 38 % массовой доли пальмити- ной кислоты от суммы жирных кислот. В таблице 11 приведен жирнокислотный состав разработанных ЗМЖ и требования по содержанию и соотношению некоторых жирных кислот.
Согласно ГОСТ 31648-2012. «Заменители молоч- ного жира. Технические условия» и ТР ТС 024/2011
«Технический регламент на масложировую продук- цию» ЗМЖ должен обладать чистыми обезличенны- ми вкусом и запахом, иметь однородную пластичную
Таблица 10. Физико-химические показатели разработанных ЗМЖ
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Терещук Л. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 2 С. 270–280
Таблица 11. Жирнокислотный состав заменителей молочного жира
Table 11. Fatty acid composition of the butterfat substitutes
|
Наименование жирных кислот |
Содержание, % |
Требования ГОСТ 31648-2012 |
|
|
Рецептура 1 |
Рецептура 2 |
||
|
С 6:0 |
0,1 |
0,1 |
– |
|
С 8:0 |
0,7 |
0,6 |
– |
|
С 10:0 |
0,6 |
0,6 |
– |
|
С 12:0 |
7,9 |
6,5 |
– |
|
С 14:0 |
3,7 |
2,9 |
– |
|
С 16:0 |
37 |
28,7 |
Не более 38 |
|
С 16:1 |
0,2 |
0,1 |
– |
|
С 18:0 |
4,2 |
3,7 |
– |
|
С 18:1 trans |
0 |
0 |
Не более 5 |
|
С 18:1 cis |
28,4 |
34,8 |
– |
|
С 18:2 |
15,3 |
18,3 |
– |
|
С 18:3 |
1,4 |
3,1 |
– |
|
С 20:0 |
0,3 |
0,4 |
– |
|
С 22:0 |
0,2 |
0,2 |
– |
|
Сумма жирных кислот |
100 |
100 |
– |
|
Отношение полиненасыщенных жирных кислот к насыщенным, не менее |
0,3 |
0,5 |
0,3 |
|
Массовая доля линолевой и линоленовой кислот, % |
16,7 |
21 |
15,0–25,0 |
|
Отношение линолевой кислоты (омега-6) к линоленовой (омега-3) |
10,9 |
5,9 |
от 5 до 15 |
Таблица 12. Органолептические показатели ЗМЖ
Table 12. Sensory properties of the butterfat substitutes
|
Наименование показателя |
Характеристика ЗМЖ № 1 |
Характеристика ЗМЖ № 2 |
|
Вкус и запах |
Чистый, свойственный обезличенному жиру |
Чистый, свойственный обезличенному жиру |
|
Консистенция при 12 ± 2 °С |
Однородная, плотная, пластичная |
Однородная, пластичная |
|
Цвет |
Белый, однородный по всей массе |
Белый, однородный по всей массе |
|
Прозрачность |
Прозрачный в расплавленном состоянии |
Прозрачный в расплавленном состоянии |
консистенцию при температуре 12 °С. В таблице 12 приведены характеристики полученных заменителей молочного жира.
Полученные образцы заменителей молочного жира полностью соответствуют всем требованиям, предъявляемым к такого рода продукции.
Выводы
Анализ существующих технологий модифика- ции жирового сырья показал, что для получения жиров специального назначения, в частности для производства заменителей молочного жира, наи- более целесообразным представляется проведение процесса переэтерификации, позволяющей получить продукты с регулируемым жирнокислотным и гли- церидным составом, а также с прогнозируемыми физико-химическими и структурно-реологическими свойствами. Исследования по получению переэ- терифицированных жиров на базе инновационной лаборатории АО «Eu-rasian Foods Corporation» при помощи ферментного катализатора «Lipozyme TL IM» дали положительные результаты. Они позво- лили получить жиры специального назначения, которые пригодны для использования в составе мас-
ложировых и молокосодержащих продуктов. Переэ- терифицированные жиры полностью соответствуют требованиям, предъявляемым к заменителям молоч- ного жира по содержанию и соотношению отдельных жирных кислот и по характеристикам плавления, в частности к содержанию твердых триглицеридов. Полученные результаты свидетельствуют о целесоо- бразности дальнейших исследований и разработок в области расширения ассортимента жировых продук- тов с заданными свойствами.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта инте- ресов.
Благодарности
Авторы выражают благодарность сотрудни- кам инновационной технологической лаборатории АО «Eurasian Foods Corporation», принимавшим уча- стие в практических исследованиях.
Финансирование
ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный уни- верситет».
1. Kumari A, Mahapatra P, Garlapati VK, Banerjee R. Enzymatic transesterification of Jatropha oil. Biotechnology for Biofuels. 2009;2. DOI: https://doi.org/10.1186/1754-6834-2-1.
2. Borgolov AV, Gorin KV, Pozhidaev VM, Sergeeva YE, Gotovtsev PM, Vasilov RG. Mathematical modeling of triglyceride transesterification through enzymatic catalysis in a continuous flow bioreactor. Indian Journal of Science and Technology. 2016;9(47). DOI: https://doi.org/10.17485/ijst/2016/v9i47/109081.
3. Christopher LP, Zambare VP, Zambare A, Kumar H, Malek L. A thermo-alkaline lipase from a new thermophile Geobacillus thermodenitrificans AV-5 with potential application in biodiesel production. Journal of Chemical Technology and Biotechonology. 2015;90(11):2007-2016. DOI: https://doi.org/10.1002/jctb.4678.
4. Sellami M, Ghamgui H, Frikha F, Gargouri Y, Miled N. Enzymatic transesterification of palm stearin and olein blends to produce zero-trans margarine fat. BMC Biotechnology. 2012;12. DOI: https://doi.org/10.1186/1472-6750-12-48.
5. Tian X-G, Du W, Dai L-M, Liu D-H. The development of enzymatic enrichment and separation of ω-3pufas. Gao Xiao Hua Xue Gong Cheng Xue Bao/Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities. 2015;29(6):1285-1292. DOI: https://doi. org/10.3969/j.issn.1003-9015.2015.06.001.
6. Zorn K, Oroz-Guinea I, Brundiek H, Bornscheuer UT. Engineering and application of enzymes for lipid modification, an update. Progress in Lipid Research. 2016;63:153-164. DOI: https://doi.org/10.1016/j.plipres.2016.06.001.
7. Meunier SM, Kariminia H-R, Legge RL. Immobilized enzyme technology for biodiesel production. In: Singh LK, Chaudhary G, editors. Advances in Biofeedstocks and Biofuels, Volume 2: Production Technologies for Biofuels. John Wiley & Sons; 2016. pp. 67-106. DOI: https://doi.orghttps://doi.org/10.1002/9781119117551.ch3.
8. Sankaran R, Show PL, Chang J-S. Biodiesel production using immobilized lipase: feasibility and challenges. Biofuels, Bioproducts and Biorefining. 2016;10(6):896-916. DOI: https://doi.org/10.1002/bbb.1719.
9. Cesarini S, Infanzón B, Pastor FIJ, Diaz P. Fast and economic immobilization methods described for non-commercial Pseudomonas lipases. BMC Biotechnology. 2014;14. DOI: https://doi.org/10.1186/1472-6750- 14-27.
10. Kovalenko GA, Chuenko TV, Perminova LV, Rudina NA. Synthesis of nanostructured carbon on Ni catalysts supported on mesoporous silica, preparation of carbon-containing adsorbents, and preparation and study of lipase-active biocatalysts. Kinetics and Catalysis. 2016;57(3):394-403. DOI: https://doi.org/10.1134/S002315841603006X.
11. Modenez IA, Sastre DE, Moares FC, Marques Netto CGC. Influence of dlutaraldehyde cross-linking modes on the recyclability of immobilized lipase B from Candida antarctica for transesterification of soy bean oil. Molecules. 2018;23(9). DOI: https://doi.org/10.3390/molecules23092230.
12. de Melo RR, Borin GP, Zanini GK, Neto AAK, Fernandes BS, Contesini FJ. An overview on vegetable oils and biocatalysis. In: Holt B, editor. Vegetable Oil: Properties, Uses and Benefits. Nova Science Publishers; 2016. pp. 1-24.
13. Mahadevan GD, Neelagund SE. Thermostable lipase from Geobacillus sp. Iso5: Bioseparation, characterization and native structural studies. Journal of Basic Microbiology. 2014;54(5):386-396. DOI: https://doi.org/10.1002/jobm.201200656.
14. Budžaki S, Miljić G, Tišma M, Sundaram S, Hessel V. Is there a future for enzymatic biodiesel industrial production in microreactors? Applied Energy. 2017;201:124-134. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.05.062.
15. Zhao X, Qi F, Yuan C, Du W, Liu D. Lipase-catalyzed process for biodiesel production: enzyme immobilization, process simulation and optimization. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015;44:182-197. DOI: https://doi.org/10.1016/j. rser.2014.12.021.
16. Borrelli GM, Trono D. Recombinant lipases and phospholipases and their use as biocatalysts for industrial applications. International Journal of Molecular Sciences. 2015;16(9):20773-20840. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms160920774.
17. Kumar A, Dhar K, Kanwar SS, Arora PK. Lipase catalysis in organic solvents: advantages and applications. Biological Procedures Online. 2016;18(1). DOI: https://doi.org/10.1186/s12575-016-0033-2.
18. De Andrade CJ, De Gusmão AECFB, Simiqueli APR, De Lima EA, Zanini GK, Contesini FJ, et al. An overview on the main microbial enzymes in the food industry. In: Cunningham D, editor. Food Industry: Assessment, Trends and Current Issues. Nova Science Publishers; 2016. pp. 1-44.
19. Lee HV, Juan JC, Binti Abdullah NF, Nizah MF R, Taufiq-Yap YH. Heterogeneous base catalysts for edible palm and non-edible Jatropha-based biodiesel production. Chemistry Central Journal. 2014;8(1). DOI: https://doi.org/10.1186/1752- 153X-8-30.
20. Ayaz B, Ugur A, Boran R. Purification and characterization of organic solvent-tolerant lipase from Streptomyces sp. OC119-7 for biodiesel production. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2015;4(1):103-108. DOI: https://doi.org/10.1016/j. bcab.2014.11.007.
21. Wang M, Chen M, Fang Y, Tan T. Highly efficient conversion of plant oil to bio-aviation fuel and valuable chemicals by combination of enzymatic transesterification, olefin cross-metathesis, and hydrotreating. Biotechnology for Biofuels. 2018;11(1). DOI: https://doi.org/10.1186/s13068-018-1020-4.
22. Ekinci AP, Dinçer B, Baltaş N, Adigüzel A. Partial purification and characterization of lipase from Geobacillus stearothermophilus AH22. Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry. 2016;31(2):325-331. DOI: https://doi.org/10.310 9/14756366.2015.1024677.
23. Ramnath L, Sithole B, Govinden R. Classification of lipolytic enzymes and their biotechnological applications in the pulping industry. Canadian Journal of Microbiology. 2017;63(3):179-192. DOI: https://doi.org/10.1139/cjm-2016-0447.
24. Han JY, Kim H. Transesterification using the cross-linked enzyme aggregate of Photobacterium lipolyticum lipase M37. Journal of Microbiology and Biotechnology. 2011;21(11):1159-1165. DOI: https://doi.org/10.4014/jmb.1106.06048.
25. Kartal F, Kilinc A. Crosslinked aggregates of Rhizopus oryzae lipase as industrial biocatalysts: Preparation, optimization, characterization, and application for enantioselective resolution reactions. Biotechnology Progress. 2012;28(4):937-945. DOI: https://doi.org/10.1002/btpr.1571.
