Впечатляющие результаты исследований, проведённых специалистами ФИЦ Красноярский научный центр СО РАН, Сибирского федерального университета и Красноярского государственного аграрного университета, открывают перед хлебопекарной отраслью новые горизонты. Исследования группы учёных под руководством доктора технических наук Григория Чурилова показывают: инновационное использование водорастворимого фуллерена способно изменить свойства хлебопекарных дрожжей и улучшить качество выпекаемого хлеба. Эти достижения вселяют оптимизм в развитие аграрной и пищевой науки, объединяя передовые методы химии и биотехнологии.
Фуллерены: уникальные молекулы с необычными свойствами
Фуллерены — это особые молекулы, представляющие собой замкнутые полые структуры из атомов углерода. В отличие от более привычных алмаза и графита, построенных по принципу тетраэдров и слоям из шестиугольников соответственно, фуллерены имеют сферическую форму и напоминают по внешнему виду футбольный мяч. Самый распространённый вариант — молекула C60, состоящая из 60-ка атомов углерода, поверхность которой образуют чередующиеся пяти- и шестиугольники. Диаметр этого уникального "мяча" составляет примерно 0,7 нанометра.
Одной из главных особенностей фуллеренов является огромная удельная поверхность по сравнению с другими наноматериалами, что обеспечивает мощные дисперсионные взаимодействия. За счёт множества ненасыщенных связей такие молекулы способны как отдавать, так и присоединять электроны, выступая донорами и акцепторами в химических реакциях. По словам заведующего лабораторией аналитических методов исследования вещества ФИЦ КНЦ СО РАН Григория Чурилова, эти свойства открывают широкие возможности их применения и обусловливают чрезвычайно высокий научный интерес к фуллеренам.
Водорастворимый фуллерен: многообещающий биологический агент
Максимальную ценность для живых организмов и промышленных применений представляют водорастворимые формы фуллерена. Их биологическая активность настолько разнообразна, что фуллерены рассматриваются как перспективные соединения для создания радиопротекторов, антиоксидантов, лекарств, а также антибактериальных и противогрибковых средств. Возможность влиять на микроорганизмы послужила толчком для поиска новых путей применения в области хлебопечения.
В ходе экспериментов учёные поставили задачу выяснить, может ли водорастворимый фуллерен положительно сказаться на жизнедеятельности дрожжевых клеток и молочнокислых бактерий, значительно влияющих на конечные свойства теста и качество хлеба. В междисциплинарной команде принимали участие специалисты трёх ведущих красноярских научных организаций — Института физики имени Л. В. Киренского (ФИЦ КНЦ СО РАН), Сибирского федерального университета и Красноярского государственного аграрного университета.
Технология получения и введения фуллеренов
В лабораторных условиях команда успешно синтезировала фуллерены и осуществила их гидроксилирование — насыщение гидроксильными группами при кипячении в азотной кислоте. Это позволило сделать молекулы растворимыми в воде, что принципиально важно для их применения в биологических системах. Для подтверждения эффективности синтеза были использованы методы инфракрасной спектроскопии и рентгенофотоэлектронного анализа, где явно проявились химические связи между поверхностью фуллерена и гидроксильными группами.
Особое внимание было уделено изучению безопасности новых соединений. Как пояснил Григорий Чурилов, токсичность водорастворимых фуллеренов в значительной степени регулируется количеством присоединённых гидроксильных групп: с увеличением количества таких групп соединение становится менее токсичным. Безопасные образцы были переданы учёным-технологам Красноярского государственного аграрного университета, где их растворили в воде и применили в замесе теста, готовя опытные партии хлеба.
Влияние фуллерена на свойства хлеба и дрожжей
В качестве основы для эксперимента взяли традиционный хлеб из высококачественной пшеничной муки. Испытания проходили в два этапа: сначала определяли оптимальные концентрации фуллерена, затем пробовали варьировать объём раствора. Результаты оказались по-настоящему вдохновляющими: при добавлении водорастворимого фуллерена дрожжевая закваска формировала более пышную и стабильную пенную структуру. Активация дрожжей происходила быстрее по сравнению с контрольной группой.
Готовые буханки теста и уже испечённый хлеб с фуллереном отличались большей объёмностью — высота изделий заметно превышала показатели обычного хлеба. По мере увеличения доли фуллерена появлялся более насыщенный, слегка темноватый оттенок, однако вкус и аромат оставались прежними, что подтверждают результаты органолептической оценки.
Особенно интересным стал тот факт, что оптимальное соотношение в тесте оказалось равным 3%. Такой показатель был признан наилучшим при анализе результатов работы технологов Красноярского государственного аграрного университета, что открывает перспективы для дальнейших экспериментов. Почему именно эта концентрация оказалась самой эффективной — отдельная загадка для будущих исследований, отмечает Григорий Чурилов.
Положительные стороны и потенциальные направления использования
Эксперты отмечают: добавление фуллерена не только стимулирует активность хлебопекарных дрожжей, но и положительно влияет на лактофлору молочнокислых бактерий, что важно с точки зрения улучшения как вкуса, так и питательных характеристик хлеба. Благодаря междисциплинарному подходу исследователей, удалось увидеть новые возможности для оптимизации процессов хлебопечения и повышения качества выпускаемой продукции.
Несмотря на достигнутые успехи, сами учёные подчеркивают: этот путь только начинается. О том, насколько полезен хлеб с фуллеренами для организма человека, говорить пока преждевременно — оценка требует масштабных исследований с участием биологов и медиков. Также важен комплексный междисциплинарный подход к тестированию технологии внедрения новых соединений на пищевых производствах. Тем не менее, первые шаги внушают реальный оптимизм и открывают большие перспективы для науки и промышленности.
Будущее фуллеренов в пищевой промышленности
Группа исследователей под руководством Григория Чурилова уверена: совместная работа научных коллективов ФИЦ Красноярский научный центр СО РАН, Сибирского федерального университета и Красноярского государственного аграрного университета способна вывести хлебопекарное производство на новый уровень. Не исключено, что через несколько лет фуллереновые добавки зайдут далеко за пределы научных лабораторий и станут привычным компонентом в рецептуре современного хлеба, обеспечивая высокий уровень качества и безопасность продукта.
Современные открытия, появляющиеся на стыке химии, биотехнологии и пищевой промышленности, помогают не только открывать новые свойства привычных продуктов, но и закладывают фундамент для развития инновационной, здоровой и вкусной пищи будущего. Исследования в этом направлении продолжаются, а их результаты непременно окажут положительное влияние на качество жизни людей и перспективы аграрной отрасли.
Источник: scientificrussia.ru
