Optimizing the parameters of the production process of fat systems with a minimum content of trans-isomers

Abstract

Currently, the vast majority of solid fats, which are used as formula components of food products, are produced in Ukraine by partial hydrogenation. This method of fats modification leads to the formation of a significant amount of trans-isomers of fatty acids, which negatively affects the human body. It is known that the increased content of these isomers in the composition of fat products results in an increased risk of developing cardiovascular and metabolic diseases. In particular, the action of high-density lipoproteins is blocked, the deposition of cholesterol plaques on the walls of human blood vessels is initiated, and the development of atherosclerosis is provoked. We suggest resolving this problem by using interesterification of fats under the action of lipases, which has some advantages as compared with traditional technology. For instance, alkaline agents will not be used for catalysis, the reaction products will not be contaminated with catalysts, soaps will not be formed as by-products, the temperature of the process will be almost halved, and the organization of production will be less complicated and cheaper. The purpose of the work was to determine the rational parameters of the interesterification reaction aimed at the synthesis of fat systems with a minimum content of trans-isomers. The research objective was achieved by using the response surface methodology. The kinetics of reaction was studied by pulsed nuclear magnetic resonance. The processing and analysis of experimental data was performed by means of the Statistica 10 package. As a result of investigations, a mathematical model was developed that allows predicting the degree of conversion of starting materials into reaction products based on the data on the conditions of the interesterification process. Rational values of the main parameters for the synthesis of fatty systems with a minimum content of trans-isomers of fatty acids were specified. The obtained results can serve as a scientific basis for the development of technology for the production of fat systems with improved quality and safety characteristics.В наш час в Україні переважна більшість твердих жирів, що використовуються як рецептурні компоненти харчових продуктів, виробляється методом часткової гідрогенізації. Цей метод модифікування жирів призводить до утворення у їх складі значної кількості транс-ізомерів жирних кислот, які негативно впливають на організм людини. Доведено, що підвищений вміст вказаних ізомерів у складі жирових продуктів призводить до підвищення ризику розвитку серцево-судинних захворювань, а також хвороб порушення метаболізму. Зокрема, блокується дія ліпопротеїдів високої щільності, ініціюється відкладення холестеринових бляшок на стінках кровеносних судин людини та провокується розвиток атеросклерозу. Авторами роботи пропонується вирішення вказаної проблеми шляхом використання переетерифікування жирів під дією ліпаз, що має низку переваг у порівнянні з традиційною технологією, а саме не використовуються для каталізу лужні агенти, не відбувається забруднення продуктів реакції каталізаторами, не утворюються мила як побічні продукти, майже вдвічі знижується температура перебігу процесу, організація виробництва менш складна і більш дешева. Метою роботи було визначення раціональних параметрів реакції переетерифікування , спрямованого на синтез жирових систем з мінімальним вмістом транс-ізомерів. Задача дослідження вирішувалась з використанням методології поверхні відклику. Кінетику реакцій відстежували методом імпульсного ядерного магнітного резонансу. Обробку та аналіз експериментальних даних було виконано за допомогою пакета Statistica 10. В результаті було розроблено математичну модель, яка дозволяє на основі даних щодо умов процесу переетерифікування прогнозувати ступінь перетворення вихідної сировини в продукти реакції. Встановлено раціональні значення основних параметрів синтезу жирових систем з мінімальним вмістом транс-ізомерів жирних кислот. Отримані результати слугуватимуть науковим підґрунтям для розробки технології виробництва жирових систем з покращеними показниками якості та безпеки.