Коллектив ученых Красноярска под руководством доктора технических наук Григория Чурилова, заведующего лабораторией аналитических методов исследования вещества Института физики им. Л. В. Киренского, представил уникальный взгляд на применение фуллеренов в хлебопекарном производстве. В исследовании приняли участие специалисты ФИЦ Красноярский научный центр СО РАН, Сибирского федерального университета и Красноярского государственного аграрного университета. Будучи на передовой научной мысли, эти организации объединили усилия для работы по совершенно новому направлению: активизации хлебопекарных дрожжей с помощью особого класса наноматериалов — водорастворимых фуллеренов.
Что такое фуллерены и почему они интересны для науки
Фуллерены — это молекулы, состоящие исключительно из атомов углерода, объединённых в замкнутые кластеры. В отличие от алмаза с его тетраэдрической решеткой или графита, выстроенного в плоские шестиугольные слои, фуллерены имеют сферическую или эллипсоидную структуру. Самый известный представитель этого семейства, C60, по своей геометрии напоминает футбольный мяч и обладает размером всего в 0,7 нанометра. Благодаря той самой сферической архитектуре фуллерен имеет крайне высокую удельную поверхность и уникальные свойства для взаимодействия с другими молекулами.
Как отмечает Григорий Чурилов, фуллерены можно рассматривать как идеальные кандидаты для нанотехнологий: их дисперсионные силы способствуют прочному контакту с другими частицами, а ненасыщенные связи позволяют фуллеренам быть и донорами, и акцепторами электронов одновременно. Это открывает широкие горизонты их потенциального применения — от медицины до пищевой промышленности.
От лабораторного синтеза — к хлебопекарному производству
Особое внимание в работе уделялось синтезу и модификации фуллеренов с целью получения их водорастворимой формы. Обычные фуллерены практически нерастворимы в воде, а для взаимодействия с биологическими объектами, такими как дрожжи, необходимо сделать их доступными в водной среде. Группа Чурилова провела сложную процедуру гидроксилирования: молекулы фуллерена подвергли кипячению в азотной кислоте, что обеспечило присоединение гидроксильных групп и образование прочных химических связей с поверхностью сферических частиц.
Последующий тщательный анализ с помощью ИК-спектроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии подтвердил: модифицированные фуллерены не только не токсичны при определённой степени гидроксилирования, но и сохраняют высокую степень активности. После успешного лабораторного синтеза образцы были направлены коллегам из Красноярского государственного аграрного университета, где началась практическая работа — внедрение фуллеренов в замес теста для опытных партий хлеба.
Эффект водорастворимого фуллерена на хлебопекарные дрожжи
Для экспериментов был выбран хлеб из пшеничной муки высшего сорта: это стандарт пищевой промышленности, что позволило максимально объективно оценить влияние инновационного компонента. Исследования проводились в два этапа, чтобы выявить оптимальное количество фуллерена в технологическом процессе. Уже на первом этапе применение водорастворимого фуллерена показало значительное усиление процессов дрожжевого брожения: в растворе дрожжи формировали более крупную и устойчивую пенную шапочку, а их активация заметно ускорилась по сравнению с контрольной группой без добавок.
Опытным путем установлено, что по мере увеличения концентрации фуллерена в тесте наблюдался рост массы и объема как сырого теста, так и выпеченного хлеба. Причем, несмотря на потемнение корки, вкус и аромат хлеба оставались привычными. Максимально высокие качественные характеристики, такие как высота и пористость, были зафиксированы при введении 3% фуллерена от массы муки. Однако, почему именно такое значение оказалось наилучшим, ученые еще только предстоит выяснить — эта задача станет следующим этапом исследований.
Биологическая активность и потенциал водорастворимых фуллеренов
Водорастворимые фуллерены обладают уникальными биологическими свойствами, что давно привлекло внимание специалистов в медицине, фармацевтике, биотехнологии. Известны работы по созданию на их основе антиоксидантов, радиопротекторов, антибактериальных и даже противовирусных препаратов. Естественно, это стало предпосылкой к предположению: взаимодействие с хлебопекарными дрожжами — также перспективное направление, особенно с учетом роли микроорганизмов в формировании хлеба и его качества.
Сотрудники аграрного университета зафиксировали и положительное влияние фуллеренов не только на дрожжи, но и на молочнокислые бактерии, которые также вносят вклад в процесс брожения и формирование текстуры продукта. Подобная активация микроорганизмов открывает новые возможности для улучшения структуры и полезных свойств хлеба путем тонкой настройки микробиоты производства.
Оптимизм и перспективы дальнейших исследований
Коллектив ученых смотрит в будущее с большим оптимизмом. Уже сейчас становится ясно, что внедрение водорастворимых фуллеренов способно создать новые стандарты и для хлебопекарного производства, и для пищевой индустрии в целом. «Это только начало большого пути, — делится Григорий Чурилов. — Теперь мы хотим узнать, каким образом молекулы фуллерена взаимодействуют с клетками дрожжей и бактерий, какие конкретно биохимические механизмы приводят к столь заметному эффекту на тесто и выпечку».
Ученые рассчитывают, что дальнейшие шаги позволят не только выяснить механизмы активации дрожжей и оптимизировать рецептуры, но и оценить долгосрочную безопасность и потребительские характеристики хлеба с фуллереновыми добавками. Особо отмечается: оценка полезности такой продукции требует времени, экспертиз биологов, медиков, технологов и широкой апробации.
К новым вершинам в сотрудничестве науки и производства
Работа команд ФИЦ Красноярского научного центра СО РАН, Сибирского федерального университета и Красноярского государственного аграрного университета наглядно демонстрирует высочайший синергетический эффект совместных исследований. Передовые лабораторные методы и свежие идеи, поступающие из академической среды, получают практическую реализацию в агропромышленном комплексе региона. Это не только расширяет горизонты для выпускников и молодых специалистов, но и формирует здоровую инновационную среду, способную поддержать экономику региона и улучшить жизнь людей за счет более качественных, функциональных продуктов питания.
Сегодня успехи красноярских ученых на почве фуллереновых разработок дают основание смотреть в будущее с энтузиазмом. Нет сомнений — дальнейшее исследование и внедрение результатов позволит получить хлеб нового поколения и войти в число мировых лидеров по инновациям в агропищевой отрасли.
Источник: scientificrussia.ru
