91��ý

Ежегодно мировая винодельческая промышленность производит 8–9 миллионов тонн отходов. Виноградный жмых традиционно используется как корм для животных. Однако в этих отходах сосредоточено до 70% всех фенольных соединений — иными словами, он представляет собой потенциальное сырьё для получения ценных биологически активных продуктов.

Именно с этого наблюдения начинается логика нового исследовательского проекта, реализуемого казахстанскими учёными. Проект «Исследование стабильности масла чёрного тмина и виноградной косточки за счёт синергетического эффекта, наблюдаемого при совместной сверхкритической CO₂-экстракции» финансируется в 2025–2027 годах в рамках приоритетного направления «Энергия, передовые материалы и транспорт». Команда объединяет специалистов в области биохимии, органической химии, пищевой химии, физической химии и химической инженерии.

Масло виноградной косточки (МВК) и масло чёрного тмина (МЧТ) — по отдельности ценные, вместе — взаимодополняющие продукты.

МВК содержит линолевую кислоту, токоферолы и полифенолы, обеспечивающие антиоксидантную защиту. Замена части животного жира на МВК улучшает физико-химические свойства мясных эмульсий, добавление в желатино-пектиновые плёнки сохраняет качество куриного мяса в течение 12 дней, применение при жарке снижает выход токсичных продуктов гликирования.

МЧТ обладает противовоспалительными, антиоксидантными, противомикробными и противоопухолевыми свойствами. Оно снижает боль в коленях на 16%, улучшает качество сна и уровень кортизола, проявляет литолитическую активность. В его составе — полиненасыщенные жирные кислоты, токоферолы, токотриенолы, фитостерины, фенольные соединения, каротиноиды и тимохинон.

Главный недостаток обоих масел — ограниченный срок хранения. В процессе окисления образуются токсичные вещества: пероксидные соединения, альдегиды. Именно здесь возникает центральная научная идея проекта: при совместной экстракции двух масел между ними может возникнуть синергетический эффект, повышающий окислительную стабильность. Природа этого эффекта и лежащие в его основе механизмы до сих пор не исследованы.

Традиционные методы извлечения масел имеют существенные ограничения. Холодное прессование даёт низкий выход: при СК-СО₂ экстракции МВК извлекается на 17% больше, чем при холодном прессовании. Микроволновое излучение провоцирует окисление летучих компонентов. Органические растворители токсичны и требуют последующего удаления.

Сверхкритическая CO₂ (СК-СО₂) экстракция лишена этих недостатков. CO₂ доступен, недорог, нетоксичен, невзрывоопасен — и достигает критических параметров всего при 31,1°C и 72,9 бар. Метод одностадиен, быстр, селективен и экологически безопасен. В Европе, США, Японии, Китае и Корее эта технология давно используется в промышленных масштабах. Команда проекта также имеет задел: ранее она успешно реализовала проекты по СК-СО₂ экстракции каротиноидов из растительного сырья, никотиновой кислоты из табачных отходов и редкоземельных металлов из фосфогипса.

Основная цель — разработать безотходную технологию получения функционального масла (ФМ) из МВК и МЧТ и производства активированных углей (АУ) из жмыха, модифицированных мочевиной и тиомочевиной.

Направление первое — синергетический эффект. Не исследованные ранее вопросы: усиливаются ли антиоксидантные свойства при совместной СК-СО₂ экстракции МВК и МЧТ? Какие химические соединения отвечают за синергизм? При каких условиях достигается максимальная окислительная стабильность?

Для ответа на эти вопросы исследуются три режима экстракции — статический, динамический и комбинированный. Изучается влияние давления и температуры как в экстракторе, так и в сепараторе на качественный и количественный составы ФМ. Определяется оптимальное соотношение ВК:СЧТ.

Аналитический инструментарий охватывает анизидиновое, йодное и пероксидное числа, содержание свободных жирных кислот, число омыляемых фракций, значение К270 и итоговое число окисления. Антиоксидантная активность определяется ДФПГ-тестом, общее содержание фенолов — реактивом Фолина-Чокалтеу. Жирно-кислотный состав анализируется методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием.

Направление второе — безопасность функционального масла. В аккредитованной лаборатории ТОО «Нутритест» определяются содержание бенз(а)пирена, эруковой кислоты и остаточное количество пестицидов — базовые характеристики безопасности для применения в пищевой, фармацевтической и косметической отраслях.

Направление третье — активированные угли из жмыха. Жмых после извлечения масел не утилизируется, а перерабатывается. Термическая карбонизация при 200–800°C в атмосфере аргона формирует карбонизат. Последующая модификация мочевиной/тиомочевиной развивает на углеродном каркасе серо- и азотсодержащие функциональные группы, повышающие сорбционную активность АУ. Полученные АУ тестируются по сорбционной ёмкости в отношении метиленового синего, ионов меди и свинца. Предшествующие исследования группы показали, что АУ из виноградной косточки демонстрируют адсорбционную селективность CO₂/N₂, равную 64,7, при удельной поверхности 700 м²/г.

Проект обеспечен реальным оборудованием. Лабораторная установка включает экстрактор объёмом 500 мл и два сепаратора: один с нагревом (до 100°C), второй с охлаждением, а также два насоса — для CO₂ (0–100 г/мин) и для со-растворителя (25 мл/мин). Полупромышленная установка располагает экстрактором объёмом 5 л и сепаратором 2 л. На её базе будут проводиться предварительные расчёты для масштабирования процесса.

Конечным результатом станут два принципиально новых продукта. Первый — функциональное масло со сбалансированным жирно-кислотным составом, обогащённое биологически активными веществами и обладающее высокой окислительной стабильностью благодаря синергетическому эффекту. Его область применения охватывает пищевую промышленность (жарка, заправки), косметику (омолаживающие и защитные кремы) и фармацевтику (замедление окислительных процессов, поддержка сердечно-сосудистой и нервной систем). Второй — АУ, модифицированные мочевиной/тиомочевиной, с высокой сорбционной ёмкостью по тяжёлым металлам и органическим красителям.

Для Казахстана проект актуален и в экономическом измерении. Производство растительных масел в стране выросло на 13,1%, импорт снизился на 22,7%. ФМ с высокой добавленной стоимостью органично вписывается в этот тренд.

Результаты публикуются в международных рецензируемых журналах, индексируемых в Scopus и Web of Science.