НОВІ НАПРЯМИ ДОСЛІДЖЕНЬ ВИДОБУВАННЯ І ПЕРЕРОБКИ ОЛІЙ ТА ЖИРІВ

П.Ф. Петік, кандидат технічних наук, директор, Український науково-дослідний інститут олій та жирів Національної академії аграрних наук України;

В.Ю. Папченко, кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, заступник директора з наукової роботи, Український науково-дослідний інститут олій та жирів Національної академії аграрних наук України

У статті здійснено перегляд основних наукових розробок фундаментального і прикладного характеру, які проводяться Українським науково-дослідним інститутом олій та жирів Національної академії аграрних наук України, щодо створення технологій і устаткування для виробництва конкурентоспроможних харчових продуктів та продуктів технічного призначення на основі фундаментальних досліджень складу, фізико-хімічних властивостей олієжирової сировини, технологічних процесів її переробки, створення системи управління якістю і безпекою продукції.

Ключові слова: ферментативні процеси, поліненасичені жирні кислоти, рафінація, антиоксиданти, хлорогенова кислота, екстракція, поверхнево-активні речовини

Постановка проблеми. Забезпечення конкурентоспроможності вітчизняної олієжирової продукції на внутрішньому і зовнішніх ринках має бути реалізовано за рахунок наукоємного виробництва на основі впровадження інновацій, які забезпечують якісно новий ступінь розвитку технологій добування і переробки олій та жирів, а також розробки рецептур і технологій отримання емульсійних продуктів оздоровчого призначення, адаптованих до сучасних вимог науки про харчування. Крім того, сьогодні олієжирова галузь покликана не тільки забезпечувати населення і інші галузі харчової промисловості (кондитерську, молочну, харчоконцентратну та ін.) високоякісними жирами і жиромісткими продуктами, але й у все більшій мірі забезпечувати сировиною нехарчові виробництва, такі як парфумерно-косметичне, фармацевтичне, виробництво мастил і олив, біопалива, лакофарбових матеріалів і пластифікаторів, поверхнево-активних речовин технічного призначення [1, 2].

Мета роботи. Українським науково-дослідним інститутом олій та жирів Національної академії аграрних наук України (УкрНДІОЖ НААН) проводяться наукові розробки фундаментального і прикладного характеру за програмою наукових досліджень Національної академії аграрних наук України спрямовані на вирішення найважливіших проблем розвитку олієжирової галузі. Метою програми є створення технологій і устаткування для виробництва конкурентоспроможних харчових продуктів і продуктів технічного призначення на основі фундаментальних досліджень складу, фізико-хімічних властивостей олієжирової сировини, технологічних процесів її переробки, створення системи управління якістю і безпекою продукції, яка забезпечить конкурентоспроможність галузі на зовнішньому ринку, з урахуванням раціонального використання компонентів і інтенсифікації виробничих процесів.

Викладення основного матеріалу.

Сучасний науковий досвід в області здорового харчування свідчить про те, що регулярне вживання людиною в їжу речовин, які знижують рівень нейтрального жиру в крові, запобігає виникненню хвороб, пов’язаних з атеросклерозом: ішемічна хвороба серця, інфаркт міокарда, гіперліпідемія та ожиріння. У зв’язку з цим, інноваційним напрямком розвитку олієжирової галузі є використання ферментативних процесів, які виключають недоліки традиційного хімічного синтезу. Отже в УкрНДІОЖ НААН проводяться дослідження, в яких визначено принципово новий науковий підхід до вирішення проблеми створення нових жирових систем оздоровчого призначення, збагачених діацилгліцеринами і структурованими ліпідами, що мають в своєму складі ацили середнєланцюгових насичених і ω-3, ω-6 поліненасичених кислот. Найбільш раціональний підхід до створення жирових продуктів оздоровчого призначення пов’язаний з конструюванням багатокомпонентних дисперсних систем, а саме харчових емульсій, які містять різні фізіологічно активні інгредієнти, склад яких забезпечує задані властивості харчових продуктів.

Ще одним з основних пріоритетних напрямків у розвитку ринку емульсійних продуктів є формування якості продукції. Підвищення харчової та біологічної цінності таких продуктів може бути здійснено за рахунок методології комбінаторики складових, наприклад, олій [3]. Зокрема, заміни частини соняшникової олії, яка головним чином, використовують в Україні у виробництві цих продуктів, на лляну, ріпакову та соєву олії або їх купажі, які містять велику кількість незамінних поліненасичених жирних кислот ω-3 і ω-6. Нормативна і технологічна документація для виробництва емульсійних продуктів на основі купажованих олій, збалансованих за жирнокислотним складом, дозволить збільшити використання вітчизняних олій – соняшникової, соєвої, ріпакової та лляної.

Розроблено спосіб лужної рафінації олій та жирів у мильно-лужному середовищі [4], який забезпечує максимально ефективне розділення фаз, мінімальні втрати нейтрального жиру і більш раціональну переробку вторинних продуктів – соапстоків [5]. Тривають дослідження з очищення рослинних жирів з використанням селективних розчинників; розробці способу підвищення полярності супутніх рослинним жирам речовин і домішок для більш ефективного їх видалення; розробці ефективної ресурсозберігаючої технології.

Проблема гальмування окиснення харчових продуктів – одна з найважливіших, яка стоїть перед харчовою промисловістю України. Як відомо, жири є речовинами, що легко піддаються окисненню. Швидкість і ступінь окиснення жирів залежить від їх жирнокислотного складу, змісту природних і внесених антиоксидантів, умов, при яких відбувається окиснення. Тому для наукового обґрунтування особливостей гальмування окислення жирів за допомогою ефективних систем – сумішей антиоксидантів біологічного походження, прогнозування термінів їх зберігання необхідно проводити дослідження кількісного впливу на кінетику окиснення і періоди індукції окиснення жирів всіх цих чинників.

На сьогоднішній день в олієжировій галузі України використовуються головним чином антиоксиданти синтетичної природи, завдяки їх низькій вартості. Але, на шкідливість таких антиоксидантів, особливо в разі перевищення їх дозування, багаторазово вказувалося в різних наукових дослідженнях. Разом з тим, існує можливість виявлення антиоксидантних властивостей в речовинах біологічного походження, особливо у разі використання синергетично діючих сумішей, застосування таких антиоксидантних систем для підвищення терміну зберігання жирів і жировмісних продуктів і при цьому не підвищуючи собівартість таких продуктів, в порівнянні з використанням синтетичних антиоксидантів.

Крім того, перспективним видом рослинної сировини для отримання природних антиоксидантів може стати вторинний продукт олієжирової промисловості, який утворюється при переробці насіння соняшнику, а саме – соняшниковий шрот. Антиоксидантний потенціал шроту насіння соняшнику визначається головним чином за змістом фенольних сполук, таких як хлорогенова кислота, вміст якої в соняшниковому шроті досягає 4 %. Найбільш цінними властивостями соняшникової шроту також є низька собівартість і відсутність в ньому токсичних та антипоживних речовин. Хлорогенова кислота в Україні не виробляється. УкрНДІОЖ НААН проводить розробку раціональних способів отримання нових природних антиоксидантів на основі вторинних продуктів олієжирової промисловості, які дозволять підвищити якість олієжирової продукції, терміни зберігання, і як наслідок її конкурентоспроможність на внутрішньому і світовому ринках.

Проблема кваліфікованого використання вторинних продуктів будь-яких харчових виробництв, в тому числі і виробництва рафінованої олії – одна з найбільш важливих, що стоять перед харчовою промисловістю України. Як відомо, соняшникова олія має в своєму складі воскоподібні речовини. Ці речовини видаляють з соняшникової олії на стадії вінтеризації (виморожування), за допомогою мінерального адсорбенту (перліту), для додання олії кращого товарного вигляду. При цьому утворюється «зажирений перліт», в складі якого міститься перліт в зв’язаній формі з речовинами жирової природи. Серед жирових речовин переважна більшість становить соняшникову олію (~ 80 %), другим за змістом є віск і воскоподібні речовини (~ 15 %). На сьогоднішній день в Україні на промисловому рівні не займаються переробкою «зажиреного перліту» з метою вилучення з нього олії, воску і воскоподібних речовин, а незначні потужності, що займаються цією проблемою не володіють прогресивною технологією виділення продуктів з зазначеної сировини, а тому є малоефективними і не екологічними . Тому в УкрНДІОЖ НААН проводяться дослідження по виділенню воску з «зажиреного перліту» – вторинного продукту рафінації соняшникової олії, з метою отримання цінного харчового і технічного продукту і зменшенням навантаження на навколишнє середовище [2].

Широке впровадження екстракційного способу виробництва олій вимагає подальшого та безперервного вдосконалення основних процесів екстракції, і її апаратурного оформлення. В даний час розвинені загальні уявлення про механізм процесу екстракції олій і частково вивчено вплив окремих факторів на повноту і швидкість вилучення олії. Однак ці знання не охоплюють всіх проблем екстракції. Досліджень кінетики екстрагування олій і залежності її швидкості від температури дуже мало, в той же час, це питання має пряме відношення до механізму процесу і важливо для практики, так як температура – один з факторів, який регулюються в ході екстракції. УкрНДІОЖ НААН проводить дослідження екстрагування в системі «тверде тіло – рідина» [6, 7], що являє собою складний масообмінний процес, знання механізму якого дозволить забезпечити оптимальні технологічні умови його проведення, а накопичена наукова база знань дозволить вивести на новий рівень розробку економічно безпечних технологій екстракції олій.

Так як найбільш перспективною сировинною базою в Україні є вітчизняна олієжирова база, то її можна використовувати не тільки для отримання олій харчового призначення, але і для технічного. Надалі такі олії можна застосувати для синтезу різних похідних, в тому числі технічних поверхнево-активних речовин – азотовмісних або циклічних азотовмісних органічних речовин [8]. Авторами проводяться дослідження основних закономірностей конверсії ліпідів – олій ліноленової групи за участю різних груп амінів з метою встановлення умов отримання поверхнево-активних компонентів – кисень-, азотовмісних похідних жирних кислот, які можуть проявляти диспергуючі, інгібуючі, піноутворюючі, миючі, очищувальні та інші властивості з метою їх використання в продуктах харчової, косметичної, нафтогазової та інших галузей промисловості.

З розвитком нових технологічних процесів, сировини, обладнання та допоміжних матеріалів виникає необхідність вдосконалення діючого виробництва і впровадження нового замість існуючого. Крім того, постійно змінюється і вдосконалюється нормативно-технічна база, вводяться нові стандарти, удосконалюється обладнання, безпеку виробництва і навколишнього середовища, підвищується якість продукції. Тому розробка галузевих науково-методичних і нормативних документів, якою займається УкрНДІОЖ НААН, дозволить підвищити конкурентоспроможність готової продукції, а нормативна і технологічна документація, що пов’язана з технічним переоснащенням виробництв, дозволить збільшити випуск якісної продукції.

Останнім часом все більше значення для всіх галузей господарювання, в тому числі і для олієжирової галузі, набуває економне і раціональне використання енергоресурсів всіх видів. В УкрНДІОЖ НААН проведено дослідження з розробки правил використання паливно-енергетичних ресурсів, а саме розроблено науково-технічну і методичну документацію по нормам і нормативам витрат палива, теплової та електричної енергії на підприємствах олієжирового комплексу [9]. Розроблено методику з нормування витрат електричної енергії на вироблення холоду [10]. На даний час проводиться розробка галузевого нормативного документу «Методика по організації і проведенню комплексного енергетичного аудиту на підприємствах олієжирової галузі». Методика визначить єдиний підхід до організації та проведення енергетичного аудиту користування на підприємствах галузі ефективного і раціонального використання паливно-енергетичних ресурсів, зменшення частки енерговитрат в собівартості готової продукції та зниження техногенного впливу на природне середовище.

Висновки. Окреслено найбільш перспективні та ті, що відповідають світовому рівню, наукові дослідження в галузі видобування та переробки жирів: створення нових методичних підходів і технологічних прийомів; пошуки нових і удосконалення існуючих способів видобування олії з орієнтуванням на зниження витрат паливо-енергетичних ресурсів, втрат сировини та олії, запровадження сучасних методів технічного регулювання та створення умов для її глибокої переробки, контроль якості та безпеки харчових продуктів, які сприятимуть підвищенню якості та випуску олієжирової продукції, а саме продуктів харчового, оздоровчого, лікувально-профілактичного та технічного призначення. Використання ефективних способів дозволить значно підвищити продуктивність олієжирового виробництва і забезпечить задоволення потреб населення України в основних продуктах харчування за рахунок вітчизняного виробництва.

Література

1. Химия и технология жиров: перспективы развития масложировой отрасли [Текст] : материалы V междунар. науч.-практ. конф., 23 – 24 мая 2012 г. Алушта / редкол. : В. Л. Листопад (отв. ред.). – Днепропетровск : ИА “Эксперт Агро”, 2012. – 82 с.

2. Химия и технология жиров: перспективы развития масложировой отрасли [Текст] : материалы ІХ междунар. науч.-практ. конф., 01 – 02 июня 2016 г. Киев / редкол. : В. Л. Листопад (отв. ред.). – Днепропетровск : ИА “Эксперт Агро”, 2016. – 80 с.

3. Наукове обґрунтування та створення основ технології, нормативної і технологічної документації для виробництва купажів вітчизняних олій, збалансованих за жирнокислотним складом [Текст] : звіт по НДР (заключ.) / УкрНДІОЖ НААН ; рук. Т. В. Матвєєва. –ДР 0114U001497. – Харків, 2015. – 215 с.

4. Спосіб лужної рафінації олій та жирів [Текст] : пат. на корисну модель 2187888 Україна: МПК7 Н 04 В 1/38, Н 04 .1 13/ 00 / Гладкий Ф. Ф., Петік І. П., Петік П. Ф., Федякіна З. П., Філенко Л. М., Бєлінська А. П., ; заявитель и патентообладатель НТУ “ХПІ”.

5. Дослідити процес нейтралізації олій та жирів з використанням етанолу і розробити ресурсозберігаючу технологію [Текст] : звіт по НДР (заключ.) / УкрНДІОЖ НААН ; рук. Ф. Ф. Гладкий. –ДР 0111U005039. – Харків, 2015. – 157 с.

6. Остроушко, В. Л. Экстрагирование в системе «твердое тело – жидкость» [Текст] / В. Л. Остроушко, В. Ю. Папченко // Восточно-европейский журнал передовых технологий. – 2012. – № 4/6 (58) – С. 12 – 14.

7. Остроушко, В. Л. Технологічні аспекти процесу екстракції рослинних олій [Текст] / В. Л. Остроушко, В. Ю. Папченко // Вісник НТУ “ХПІ”. – 2012. – № 34. – С. 117 – 120.

8. Наукові здобутки молоді – вирішенню проблем харчування людства у ХХІ столітті [Текст] : материалы 82-ї наукової конференція молодих вчених, аспірантів і студентів 13 – 14 квітня м. Київ / редкол. : Н. В. Акутіна (отв. ред.). – К. : НУХТ, 2016. – Ч. 1. – 440 с.

9. Методика з нормування витрат теплової, електричної енергії і палива при виробництві продукції підприємствами олійно-жирової галузі [Текст] – Затв. МінАПК 30.11.13. – Харків. : УкрНДІОЖ НААН. 2013. – 324 с.

10. Методика з нормування витрат електричної енергії при виробництві холоду [Текст] : СП 522-85. – Затв. УкрНДІОЖ НААН 2015. – Харків. : УкрНДІОЖ НААН. 2015. – 32 с.

Bibliography (transliterated)

1. Himiya i tekhnologiya zhirov: perspektivy razvitiya maslozhirovoj otrasli [Tekst] : materialy V mezhdunar. nauch.-prakt. konf., 23 – 24 maya 2012 g. Alushta / redkol. : V. L. Listopad (otv. red.). — Dnepropetrovsk : IA “EHkspert Agro”, 2012. — 82 Р.

2. Himiya i tekhnologiya zhirov: perspektivy razvitiya maslozhirovoj otrasli [Tekst] : materialy ІH mezhdunar. nauch.-prakt. konf., 01 – 02 iyunya 2016 g. Kiev / redkol. : V. L. Listopad (otv. red.). — Dnepropetrovsk : IA “EHkspert Agro”, 2016. — ?? Р.

3. Naukove obґruntuvannya ta stvorennya osnov tekhnologії, normativnoї і tekhnologіchnoї dokumentacії dlya virobnictva kupazhіv vіtchiznyanih olіj, zbalansovanih za zhirnokislotnim skladom [Tekst] : zvіt po NDR (zaklyuch.) / UkrNDІOZH NAAN ; ruk. T. V. Matvєєva. – DR 0114U001497. – Harkіv, 2015. – 215 р.

4. Sposіb luzhnoї rafіnacії olіj ta zhirіv [Tekst] : pat. na korisnu model’ 2187888 Ukraїna: MPK7 N 04 V 1/38, N 04 .1 13/ 00 / Gladkij F. F., Petіk І. P., Petіk P. F., Fedyakіna Z. P., Fіlenko L. M., Bєlіns’ka A. P., ; zayavitel’ i patentoobladatel’ NTU “HPІ”.

5. Doslіditi proces nejtralіzacії olіj ta zhirіv z vikoristannyam etanolu і rozrobiti resursozberіgayuchu tekhnologіyu [Tekst] : zvіt po NDR (zaklyuch.) / UkrNDІOZH NAAN ; ruk. F. F. Gladkij. – DR 0111U005039. – Harkіv, 2015. – 157 р.

6. Ostroushko, V. L. EHkstragirovanie v sisteme «tverdoe telo – zhidkost’» [Tekst] / V. L. Ostroushko, V. YU. Papchenko // Vostochno-evropejskij zhurnal peredovyh tekhnologij. – 2012. – № 4/6 (58) – Р. 12 – 14.

7. Ostroushko, V. L. Tekhnologіchnі aspekti procesu ekstrakcії roslinnih olіj [Tekst] / V. L. Ostroushko, V. YU. Papchenko // Vіsnik NTU “HPІ”. – 2012. – № 34. – Р. 117 – 120.

8. Naukovі zdobutki molodі – virіshennyu problem harchuvannya lyudstva u ХХІ stolіttі [Tekst] : materialy 82-ї naukovoї konferencіya molodih vchenih, aspіrantіv і studentіv 13 – 14 kvіtnya m. Kiїv / redkol. : N. V. Akutіna (otv. red.). – K. : NUHT, 2016. – CH. 1. – 440 р.

9. Metodika z normuvannya vitrat teplovoї, elektrichnoї energії і paliva pri virobnictvі produkcії pіdpriєmstvami olіjno-zhirovoї galuzі [Tekst] – Zatv. MіnAPK 30.11.13. – Harkіv. : UkrNDІOZH NAAN. 2013. – 324 р.

10. Metodika z normuvannya vitrat elektrichnoї energії pri virobnictvі holodu [Tekst] – Zatv. UkrNDІOZH NAAN 2015. – Harkіv. : UkrNDІOZH NAAN. 2015. – 32 р.