Различные способы получения лецитина из продуктов растительного и животного сырья



В настоящий момент российская пищевая промышленность испытывает потребность в качественных натуральных эмульгаторах, в частности в лецитинах. Создание современных масложировых, кондитерских и хлебопекарных продуктов подразумевает использование эмульгаторов. В России практически отсутствуют предприятия, вырабатывающие пищевые эмульгаторы, что приводит к острой проблеме — импортозависимости сегментов пищевой индустрии. В нашей стране пытаются решить этот вопрос, разрабатывая собственные отечественные технологии получения пищевых эмульгаторов. В ходе данной работы была поставлена следующая цель: изучение состава, свойств и разновидностей лецитина, а также различных способов его получения в пищевой промышленности. выполнен анализ современных технологий производства лецитинов из различного вида растительного сырья. Проведена сравнительная оценка их технологических свойств и рассмотрены сферы применения. В результате можно сказать, что огромное влияние на свойство лецитина оказывает источник его получения.

Ключевые слова: лецитин, масличные культуры, эмульгаторы, сырье, соя, фосфатиды, фракционирование, вторичные продукты, продукты с добавленной стоимостью.

Введение

Лецитин — это смесь фракций фосфолипидов, полученных из животных или растительных пищевых веществ. Сегодня лецитины популярные и эффективные эмульгаторы различных отраслей народного хозяйства. Отсутствие отечественных лецитинов негативно отражается на себестоимости готовых продуктов, созданных на их основе. Исходя из этого, разработка, создание и внедрение российских технологий производства лецитинов, особенно путём глубокой переработки вторичного сырья, является перспективным и актуальным направлением.

Цель настоящей работы: изучение состава, свойств и разновидностей лецитина, а также различных способов его получения в пищевой промышленности. В рамках поставленной цели решались следующие задачи:

— анализ отечественных и зарубежных библиотечных фондов;

— исследование современных технологий получения лецитинов;

— сравнительная характеристика лецитинов из различного растительного сырья;

— обобщение полученной информации, выводы.

В начале обратимся к вопросам происхождения и химического строения лецитинов.

Особое внимание уделяется яичному, соевому, подсолнечному, рапсовому и кукурузному. Также лецитин является пищевой добавкой (Е322), эмульгатором и стабилизатором. В 1845 году французский химик Теодор Гобле впервые получил его из яичного желтка. Лецитин широко распространён в таких отраслях промышленности как: масложировая, кондитерская, молочная и косметическая. Он является сложноэфирным производным фосфатидной кислоты. Продуктами его ферментативного гидролиза являются высшие жирные кислоты, глицерин, фосфорная кислота и холин [2,7]. Структурная формула лецитина отражена на рисунке 1.

Рис. 1. Структурная формула лецитина

Далее рассмотрим наиболее распространенные виды лецитинов.

В начале обратимся к лецитину, полученному методом гидратации из растительного масла, который называется стандартным. По физическим свойствам он является вязким, жидким и состоит только из фосфолипидов [3].

Следующий, это гидролизованный лецитин (лизолецитин). Его получают методом гидролиза в присутствии фосфолипазы. Пищевые ферменты действуют на жирные кислоты, связанные со средним атомом углерода в глицерине. Лизолецитин имеет ряд преимуществ такие как: большая гидрофильность, зависящая от степени гидролиза и способность образовывать комплексы со спиралью крахмала [3].

Обезжиренный лецитин является еще одним видом интересующего нас вещества. Он имеет свои преимущества: порошок удобен в использовании, имеет нейтральный вкус, более гидрофилен, чем стандартный лецитин [3].

Последний лецитин, получение которого основано на различной растворимости отдельных фракций в органических растворителях, называется фракционированным [3].

Разновидности источников лецитина и их применение в отраслях промышленности

Лецитин в чистом виде содержится в большом количестве продуктов. Лидером по содержанию этого вещества является желток куриного яйца. Яичный лецитин обладает эмульгирующими и смазывающими свойствами и является поверхностно-активным веществом.

Если сравнивать домашние яйца и яйца промышленного производства по содержанию лецитина, вторые уступают первым на 14,2 %. Количество лецитина составляет около 10 % от массы желтка. Его содержание в яйце зависит от липидной питательности кормов, количества в них растительных и животных жиров, а также различных жировых добавок. Лецитин из яиц обычно экстрагируется химическим способом с использованием различных растворителей (этанола, ацетона, петролейного эфира).

Обратим внимание на один из способов получения лецитина, включающий измельчение гомогенизацией в ацетоне при температуре от минус 20 до минус 25°С в течение 3 минут. Процесс повторяют 6 раз. Затем яичный желток экстрагируют этанолом при 24–28°С в атмосфере инертного газа в течение 1,5 ч. Полученный после фильтрации прозрачный раствор осаждают хлоридом кадмия. Осадок переосаждают 5 раз содержащим хлорид кадмия этанолом. Растворяют в хлороформе. Затем обрабатывают 30 %-ным раствором этанола. Необходимо подчеркнуть, что химический состав яичного лецитина вступает в качественную реакцию с хлоридом кадмия. В результате выпадает хлопьевидный осадок белого цвета [3,6,8].

Следующим сырьевым источником лецитина являются семена масличных культур. Все семена растений имеют в своем составе лецитин. Первым по его количеству является соя. Самое наименьшее количество наблюдается в семенах кунжута. Также выпускаются лецитины из семян подсолнечника, рапса и кукурузы.

Соевый лецитин отличается большим количеством линоленовой кислоты, которая относится к классу антиатерогенных жирных кислот. Она определяет более низкую стабильность соевого лецитина к окислительной порче и особые требования к технологии его производства и условиям хранения.

В состав соевого лецитина входят масла, фосфолипиды, витамины А и Е, а также изофлавоны. Он изготавливается из очищенного соевого масла, обработанного при низких температурах. Стоит заметить, что, около 95 % выращиваемой в мире сои является генетически модифицированной. Соевый лецитин — это пищевая добавка, которую получают из соевых бобов. Их доставляют из Северной Америки, очищают, частично лущат, перемалывают и расплющивают для получения тонких хлопьев. Затем эти хлопья вымачивают в больших количествах растворителя. В результате получают «мисцеллу» -смесь с растворителем, содержащая масло и лецитин. Далее происходит фильтрование, в результате которого растворитель отделяется путем дистилляции в вакууме. Остается красновато-желтое масло, содержащее около 2–3 % сырого (необработанного) лецитина. Чтобы отделить этот лецитин от сырого соевого масла, его нагревают примерно до 60–80°С, а затем смешивают с водой. Лецитин впитывает воду, набухает и осаждается. Благодаря этому, его можно легко выделить из масла путем центрифугирования. Этот осадок, имеющий цвет от бледно-желтого до коричневатого, содержащий порядка 33 % фосфолипидов, 12 % масла и 55 % воды, немедленно высушивается в вакууме при умеренных температурах [3,4].

Рассмотрим еще один источник лецитина — подсолнечник. Интересный факт, фосфолипиды подсолнуха обладают большим гепатопротекторными свойствами, нежели фосфолипиды сои, что помогает клеткам печени меньше подвергаться разрушению. И в отличие от сои, подсолнечник не является генномодифицированной культурой. Известен способ получения пищевого лецитина из фосфолипидов подсолнечного масла, включающий обработку подсолнечных фосфатидов растворителем, конкретно ацетоном, при организации обезжиривания в 5 ступеней, при температуре 55°С. Мы получаем обезжиренные фосфатиды, которые дальше фракционируют этиловым спиртом в 4 ступени, при температуре 45 °С. Недостатками данного способа являются многостадийность и влияние на фосфолипидный комплекс большого количества неблагоприятных факторов, которые приводят к изменениям структуры и функций данного комплекса. Лецитин из подсолнуха имеет в своем составе большое количество олеиновой, линолевой и высших насыщенных кислот. Подсолнечные лецитины олеинового ряда, являются востребованными, благодаря огромному содержанию фосфолипидов, а именно, фосфатидилэтаноламинов и фосфатидилсеринов, которые обладают антиоксидантной активностью. Так же в них содержатся витамины Е, В и β-каротин [3,5,9].

Рапс-масличная культура, которая так же богата лецитином. Основными фосфолипидами в рапсовом лецитине являются фосфатидилхолины, фосфатидилэтаноламины, фосфатидилсеринов. Благодаря наличию этих веществ, он является основным сырьем для получения модифицированных продуктов.

С практической точки зрения была найдена температурно-концентрационная зависимость компонентов в системе «рапсовые лецитины — этиловый спирт». Такое соотношение сохраняет гомогенность системы. Было установлено, что добавление этилового спирта к рапсовому лецитину снижает вязкость данной системы, что помогает повысить эффективность последующего фильтрования, для снижения содержания веществ, которые нерастворимые в толуоле. Рапсовый лецитин проявляет гипохолестеринемические свойства, что понижает количества холестерина в крови. Также мы можем отметить, что его кислотный состав более сбалансированный, в отличие от соевого и подсолнечного лецитина. Это обуславливается содержанием большого количества ненасыщенных жирных кислот и малого количества насыщенных жирных кислот, таких как пальмитиновая и стеариновая [1,3,4].

Остановимся на такой культуре, как кукуруза. В лецитине, полученном из неё, содержится в большом количестве: фосфатидилхолинов, β+ γ токоферолов, которые являются антиоксидантами, β-ситостерола (провитамина Д), обладающий антиканцерогенными и антисептическими свойствами и витамин К, который способен ускорять свертывание крови.

Способ получения кукурузного лецитина точно такой же, как и подсолнечного. Заключается он в обезжиривание фосфотидов и дальнейшем их фракционирование этиловым спиртом. То есть его можно легко экстрагировать химическим путем с использованием гексана, этанола, ацетона или бензола. Еще экстракция может производиться механически. Этот лецитин очень сильно влияет на изменения температуры, поэтому необходимо следить за ней, с целью дестабилизации связей между молекулами фосфолипидов и молекулами триацилглицеринов. Кукурузный лецитин обладает высокой пищевой ценностью. Его фосфолипиды являются ценным сырьем для производства фракционированных продуктов и БАД [3,6,8].

Далее в таблице 1 приведена сравнительная характеристика свойств ранее перечисленных лецитинов и их применение в отраслях промышленности

Таблица 1

Сравнительная характеристика лецитинов, полученных из растительного и животного сырья и их применение в отраслях промышленности.

Отрасли промышленности	Виды лецитина	Технологические свойства
Кондитерская	Соевый	Используется в качестве эмульгатора, заставляет смешиваться разнотипные субстанции, входит в состав продуктов, предназначенных для людей с непереносимостью глютена
	Подсолнечный	Применятся для снижения вязкости шоколадных масс
	Рапсовый	Используется для приготовления шоколадных батончиков «Перемена»
Масложировая	Соевый	Для производства маргаринов, спредов, кондитерских жиров, делая их консистенцию более мягкой, однородной
	Кукурузный	Используется для конструирования диетических майонезных соусов
Хлебопекарная	Подсолнечный	Продлевают сроки годности хлебобулочных изделий. Также обеспечивают лучшую пропекаемость выпечки и не дают ей прилипать к формам.
	Рапсовый	Улучшает хлебопекарные свойства муки, за счет повышения упругости клейковины. Еще может быть рецепторным компонентом
Молочная	Соевый	Текстура различных кисломолочных продуктов становится гладкой и однородной, а вкус — нежнее. Также ускоряет изготовление продуктов. Дестабилизируют жировую фазу и способствуют образованию в мороженом кремообразной консистенции
Косметическая	Яичный	Используется для получения стабильных эмульсий масло / вода
	Соевый	Является активным ингредиентом для восстановления зрелой кожи
	Кукурузный	Проявляет поверхностно-активные свойства на границе раздела фаз «масло-вода»
Медицинская	Соевый	Проявляет антиоксидантные свойства. Применяется в фармакологии и входит в состав препаратов, обладающих седативными и снотворными свойствами
	Подсолнечный	Поддерживает здоровье печени и суставов. Обладает выраженными антиоксидантными свойствами. Повышает биодоступность и адсорбцию витаминов
	Кукурузный	Проявляет противовоспалительные и защитные свойства при воздействии токсических факторов
	Яичный	Применяется в фармакологии, входит в состав препаратов, обладающих седативными и снотворными свойствами
Пищевые и биологически активные добавки	Кукурузный	Входит в состав БАДов

Из информации, представленной выше, вытекает, что лецитин широко используется во многих областях промышленности, в которых выполняет множество функций. Очевидно, что существует острая потребность в разработках отечественных технологий получения лецитинов

Заключение

Изучив некоторые способы получения лецитина из продуктов растительного и животного сырья, можно сделать вывод о том, что все они разнообразные и эффективны по-своему. Проанализировав все вышесказанное, установлено, что огромное влияние на свойство лецитина, в первую очередь, оказывает источник его получения. Основное применение — как эмульгатор. Лецитин используют в различных отраслях промышленности. В основном, в косметической — для получения стабильных эмульсий “масло-вода”, в кондитерской — для снижения вязкости шоколадных масс. Еще используются в хлебопекарном производстве, чтобы улучшить виды маргарина, для приготовления хлеба [4,10].

Литература:

1. Белина Н. Н. Разработка технологии получения модифицированных рапсовых лецитинов: диссертация. кандидата технических наук. Краснодар, 2013. 130 с.
2. Большая медицинская энциклопедия/ гл. ред. акад. Б. В. Петровский; — 3-е изд. Москва, 1970. Т.13. 526 с.
3. Жаркова И. М., Рудаков О. Б., Полянский К. К., Росляков Ю. Ф. Лецитины в технологиях продуктов питания: монография. Воронеж, 2015. 257 с.
4. Пащенко В. Н. Разработка инновационной технологии получения жидких лецитинов: диссертационной работы, на соискание ученой степени кандидата технических наук, Краснодар,2013.28 с.
5. Пищевая химия / Нечаев А. П., Траубенберг С. Е., Кочеткова А. А. [и др.]. Издание 6-е, Санкт-Петербург, 2015. 669 с.
6. Пищевые инновации и биотехнологии: Технологии пищевых производств, качество и безопасность / под общ. Просекова А. Ю. — Кемерово, 2019.Т.1.340 с.
7. Химический портал [Электронный ресурс]. — Режим доступа https://www.chemport.ru/data/chemipedia/index_a.html, свободный. — (дата обращения: 03.04.2021)
8. Emulsifying Properties of Different Modified Sunflower Lecithins /Cabezas, DM [and others]// View Web of Science ResearcherID and ORCID (provided by Clarivate). USA.2012. 361 p.
9. Findpatent [Электронный ресурс]. — Режим доступа https://findpatent.ru/patent/230/2309757.html, свободный. -(дата обращения: 28.03.2021)
10. Identification of IgE-binding proteins in soy lecithin /Beardslee, T [and others]// International archives of allergy and immunology.USA.2001. 225 p.