Биотехнологии в переработке масел и жиров

В промышленной переработке жиров господствуют две ферментативные операции, и обе заменили химические стадии с конкретными недостатками.

Дегуммизация: превращение проблемы в продукт

Сырое растительное масло несёт фосфолипиды, «камеди», которые надо убрать, поскольку они гидратируются, образуют эмульсии, загрязняют оборудование и темнят масло при нагреве. Водная дегуммизация убирает гидратируемые; негидратируемые фосфолипиды — кальциевые и магниевые соли фосфатидной кислоты — требуют кислотно-щелочной обработки, которая заодно омыляет нейтральное масло, так что вместе с камедями теряется выход.

Ферментативная дегуммизация атакует вместо этого саму молекулу. Фосфолипаза A1 отщепляет от фосфолипида одну жирную кислоту, а фосфолипаза C отрезает фосфатную головку.

Следствия у них различны, и дело не только в более опрятной химии. Фосфолипаза A1 превращает фосфолипид в лизофосфолипид, куда более водорастворимый и чисто отделяющийся, и высвобождает свободную жирную кислоту. Фосфолипаза C высвобождает диглицерид, который остаётся в масле и засчитывается в выход. Ферментативный маршрут, таким образом, возвращает масло, которое химический выбрасывал, работает в более мягких условиях и даёт куда меньше стоков. Это один из самых ясных в пищевой переработке случаев, когда фермент окупается выходом, а не качеством.

Переэтерификация и история трансжиров

Функциональная задача в жирах — характер плавления. Жидкие масла слишком мягки для маргарина, кулинарного жира и кондитерских жиров, а отверждали их исторически частичным гидрированием, присоединяя водород по части двойных связей ненасыщенных жирных кислот.

Дефект был механистическим. Катализаторы гидрирования не только присоединяют водород: они ещё и изомеризуют оставшиеся цис-двойные связи в транс-конфигурацию. Транс-двойная связь оставляет цепь почти прямой, как у насыщенной кислоты, поэтому такая цепь укладывается и плавится подобно насыщенной, — а это ровно то, из-за чего частичное гидрирование и отверждало жир. Отверждение и транс-изомеры были одним и тем же явлением, поэтому процесс нельзя было просто настроить так, чтобы их избежать.

Переэтерификация идёт совсем иным путём. Она не трогает ни одной жирной кислоты и ни одной двойной связи, а вместо этого перераспределяет, какие жирные кислоты присоединены к каким положениям каких глицериновых остовов. Поскольку характер плавления зависит от строения триглицеридов и упаковки кристаллов, а не только от жирнокислотного состава, смешивание жидкого масла с твёрдым жиром и перераспределение ацильных групп даёт промежуточный профиль плавления, вовсе не порождая трансжира.

Химическая переэтерификация метилатом натрия рандомизирует положения полностью. Ферментативный вариант применяет sn-1,3-специфичную липазу, которая обменивает жирные кислоты только в двух внешних положениях, оставляя среднее нетронутым. В этой избирательности и весь смысл: она позволяет получить заданную структуру, а не случайную, и именно так строят эквиваленты какао-масла и структурированные липиды — включая жиры для детских смесей, спроектированные так, чтобы пальмитиновая кислота стояла в положении sn-2, как в женском молоке, поскольку положение решает, всосётся ли она в виде моноглицерида или высвободится в виде плохо усваиваемого мыла свободной жирной кислоты.