ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БИОЦЕЛЛЮЛОЗЫ В ЭМУЛЬСИОННЫХ ПИЩЕВЫХ СИСТЕМАХ

АННОТАЦИЯ

Эмульсия – это дисперсная система, в которой фаза и среда находятся в жидком состоянии. Эмульсии разного рода используют во многих продуктах питания. Наиболее широкое применение они получили в масложировой продукции. Примерами таких продуктов могут служить майонез, различные соусы, маргарин и многое другое. Используются два типа эмульсий: «М/В», что означает «масло в воде» и «В/М», что означает «вода в масле». Первый вид иначе называется прямой эмульсией, а второй – обратной или инвертной. В зависимости от типа эмульсии, а также конкретных веществ, которые должны стать дисперсной системой, выбирается стабилизатор/эмульгатор.

ABSTRACT

An emulsion is a dispersed system in which the phase and the medium are in a liquid state. Emulsions of various kinds are used in many food products. They are most widely used in fat and oil products. Examples of such products include mayonnaise, various sauces, margarine and more. Two types of emulsions are used: "M/V", which means "oil in water" and "V/M", which means "water in oil". The first type is otherwise called a direct emulsion, and the second is called an inverse or invert one. Depending on the type of emulsion, as well as the specific substances that should become a dispersed system, a stabilizer/emulsifier is selected.

Ключевые слова: эмульсия, эмульгатор, исследование, биоцеллюлоза, дисперсная система.

Keywords: emulsion, emulsifier, research, biocelluloses, dispersed system.

Эмульгатор пищевой эмульсии – это вещество, которое обеспечивает создание эмульсии из двух соединений. В качестве эмульгаторов в пищевой промышленности используют большое количество различных веществ. Например, используются следующие типы:

• поверхностно-активные вещества или коллоидные электролиты;
• высокомолекулярные соединения;
• высокодисперсные порошки;
• гидрофильные вещества (для создания «М/В»): мыла щелочных металлов, желатин, альбумин, протеин и некоторые другие;
• гидрофобные вещества (для создания эмульсии типа «В/М»): мыла двухвалентных металлов, парафин, ланолин и некоторые другие.

Как видно, разнообразие эмульгаторов в пищевой промышленности очень большое. При этом, часть эмульгаторов и стабилизаторов эмульсий может относиться к вредным. Например, регулярное употребление карбоната магния (одного из популярных эмульгаторов – Е504) считается неблагоприятным для организма человека, хотя данная добавка все еще официально разрешена. Помимо этого, опасность возникает и при чрезмерном употреблении карбоната натрия (Е500), ферроцианида кальция (Е538) и некоторых других.

Таким образом, понятно, что пищевая промышленность заинтересована в поиске и использовании таких эмульгаторов, которые могли бы обеспечить эффективное создание и стабилизацию пищевой эмульсии, а также быть абсолютно безопасными для организма человека. Одним из таких современных подходов к созданию эмульсий является добавка биоцеллюлозы в качестве загустителя, эмульгатора и стабилизатора в продукты питания.

Данная добавка была изучена в Омском государственном аграрном университете. По мнению исследователей из данного университета, биоцеллюлоза представляет собой практически идеальную добавку в качестве и консерванта, и загустителя. Они применяли ее при производстве кетчупов и майонезов.

Биоцеллюлоза – это соединение, производящееся бактериями Ацетобактер Ксилинум (Acetobacter Xylinum). Бактерии относятся к классу уксусных. Сама биоцеллюлоза представляет собой пленку на поверхности сахарных растворов, которая может быть использована при производстве различных эмульсий. Химическая структура данного вещества представлена на рисунке ниже:

Рисунок 1. Химическая структура бактериальной целлюлозы (n – степень полимеризации)

На данный момент биоцеллюлоза широко применяется в производстве косметических масок для лица и некоторых других косметологических изделий. Однако ее свойства эмульгатора могут применяться и в пищевой промышленности.

Ученые из Омска отмечают, что биоцеллюлоза может стать не просто альтернативой привычным эмульгаторам-добавкам, а уникальным загустителем, который обладает свойствами, превосходящими ранее используемые в пищевой промышленности вещества.

Во-первых, биоцеллюлоза используется для «связывания» воды в готовом продукте, например, в майонезе и майонезных соусах. Имеется в виду, что вода станет «невидимой», непригодной для развития микроорганизмов в пищевой продукции, однако не изменит своих свойств для человека.

Во-вторых, отмечается универсальность биоцеллюлозы для использования в самых разных пищевых (и прочих) продуктах. Известно, что выбор консерванта, эмульгатора, стабилизатора во многом зависит от самих соединений, которые должны находиться в состоянии эмульсии. Помимо этого, обычные добавки из органического сырья зависят и от начального продукта, поэтому могут в значительной мере отличаться по химическому составу. Все это усложняет производство и подбор необходимых эмульгаторов. Биоцеллюлоза же избавлена от подобных зависимостей, поэтому в любом состоянии производства обладает одними и теми же свойствами.

Иначе данное преимущество бактериальной целлюлозы описала Наталья Погорелова (доцент и старший научный сотрудник ОмГАУ): «Где-то цитрусовые пищевые волокна содержат больше пектина, где-то меньше. Все это должно учитываться пищевиками при создании рецептуры продукта. С бактериальной целлюлозой таких сложностей нет».

В третьих, биоцеллюлоза обладает очень высокой степенью удерживания влаги по сравнению с другими эмульгаторами, используемыми в пищевой промышленности. Так, бактериальная целлюлоза может использоваться как для увлажнения продукта, так и для подсушивания влажного в зависимости от потребностей производителя. Количественно удержание воды биоцеллюлозой раскрывается в следующем. Всего 1 грамм биоцеллюлозы впитывает около 100 граммов воды.

Помимо Омского государственного аграрного университета, изучением технологических свойств бактериальной целлюлозы занимались и иностранные ученые. Например, важное исследование проводилось Хуачжунским университетом наук и технологий в Китае в 2020 году. Следует привести отрывок из выводов данного исследования, который также соответствует результатам омских ученых:

«Биоцеллюлоза имеет уникальную трехмерную сетчатую структуру, что придает ей более специфические преимущества. Такие, как:

• выдающиеся механические свойства;
• высокая влагоудерживающая способность;
• отличная газопроницаемость;
• отличная стабильность суспензии;
• низкая вязкость и отличная устойчивость к кислотам, солям и этанолу;
• возобновляемость;
• биосовместимость;
• биоразлагаемость.

Более того, бактериальную целлюлозу с различной морфологией и физико-химическими свойствами можно получить путем простого добавления полимеров, наночастиц и других компонентов в питательные среды. Таким образом, биоцеллюлоза является устойчивой и высококонкурентной альтернативой целлюлозным нановолокнам растительного происхождения».

Цитируемый отрывок из исследования содержит некоторые термины, требующие уточнения и объяснения, а именно свойства биоцеллюлозы: «возобновляемость», «биосовместимость» и «биоразлагаемость».

Итак, возобновляемость бактериальной целлюлозы может обеспечиваться простым добавлением полимеров в подходящую питательную среду, на которой будут расти Ацетобактер Ксилинум (Acetobacter Xylinum). Согласно исследованиям, идеальной средой для развития данных бактерий будет сложная среда, состоящая из глюкозы (возможны некоторые другие углеводы), кислотность от 5 до 6,8 pH, а также температура 27 – 31 градус по Цельсию. Таким образом, понятно, что условия выращивания данной культуры и дальнейшего получения биоцеллюлозы являются возобновляемыми и относительно других культур, простыми.

Биосовместимость – это способность и возможность биоцеллюлозы попадать в человеческий организм без какого-либо вреда.

Биоцеллюлоза относится к числу полимеров, которые возможно разложить биологически и экологически безопасным способом. В этом плане бактериальная целлюлоза практически не отличается от обычной целлюлозы. Соответственно, биоцеллюлоза имеет ограниченный срок службы, что подходит для применения ее в качестве пищевой добавки, так как, как правило, эмульсионные пищевые системы имеют срок годности от пары месяцев до 1 – 2 лет.

Сегодня биоцеллюлоза в значительно большей мере распространена, и используется в медицине и косметологии. В пищевой же промышленности данное соединение пока что находится на стадии разработки. Однако, согласно исследованиям, в том числе и Омского государственного аграрного университета, это одно из приоритетных направлений развития пищевого производства.

Таким образом, можно сделать вывод о больших перспективах использования именно биологической целлюлозы в сравнении с привычными пищевыми добавками. Ее главным плюсом является абсолютная биологическая нейтральность, что является показателем безопасности для здоровья человека (или животного), а также, для экологии планеты в отличии от некоторых других искусственных добавок.

Список литературы:

1. Учёные омского аграрного университета научились производить биоцеллюлозу из бактерий. URL: https://vesti-omsk.ru/video/uchjonye-omskogo-agrarnogo-universiteta-nauchilis-proizvodit-biocelljulozu-iz-bakterij/ (Дата обращения 21.01.2024).
2. Феофилактова О.В. Системный подход к моделированию эмульсионных функциональных пищевых продуктов высокой биодоступности // Индустрия питания / Food Industry. 2020. №4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sistemnyy-podhod-k-modelirovaniyu-emulsionnyh-funktsionalnyh-pischevyh-produktov-vysokoy-biodostupnosti (дата обращения: 21.01.2024).
3. Biotechnology for Biofuels and Bioproducts URL: https://biotechnologyforbiofuels.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13068-022-02133-x/figures/3 (Дата обращения 21.01.2024).
4. Industrial-Scale Production and Applications of Bacterial Cellulose URL: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbioe.2020.605374/full (Дата обращения 21.01.2024).