103129
9 апреля 2021
Аяулым Белгибаева, иллюстрация Айдара Ергали

Гульжан Хамитова, химик: «Чай и кофе нельзя пить во время еды»

О научных открытиях в области кофе

Гульжан Хамитова, химик: «Чай и кофе нельзя пить во время еды»

Большинство из нас знает, что кофе богат кофеином и бодрит по утрам. Однако у него, возможно, есть и много других свойств, о которых мы даже не догадываемся. Наша сегодняшняя героиня, выпускница Университета Камерино в Италии, химик Гульжан Хамитова — специалист по кофе. В рамках учебы в докторантуре она участвовала в различных проектах, от обжарки кофе до переработки его отходов, изучала компоненты кофе и разработала метод лабораторного определения качества эспрессо согласно данным Q-грейдеров.

Мы поговорили с Гульжан Хамитовой о направлениях исследования кофе, будущем пищевой химии и аграрной отрасли в нашей стране, а также о важности наставничества для учеников из сел.

Почему я выбрала химию?

Я родилась и выросла в селе Абай Сарыагашского района Южно-Казахстанской области. Мой отец — агроном. Мама работала инженером в Темиртау во времена СССР. Когда начались сокращения, она вернулась в деревню и преподавала в начальных классах. Возможно, на мой выбор профессии повлияли именно родители. Кроме того, химию в школе нам преподавала очень сильная учительница, выпускница КазНУ Салтанат Жаппаркулова. Она включила нас в специальную группу по углубленному изучению химии. Пятеро из 25 учеников в классе связали жизни с химией.

С восьмого класса я очень интересовалась английским языком и хотела стать переводчиком. Но в выпускном году учительница английского языка Кулаш Момынова ушла в декрет и у меня не было возможности подготовиться к ЕНТ. Наша деревня была очень маленькой, у нас не было возможности нанять репетитора. Так я выбрала следующий близкий мне предмет, — химию, и поступила на химический факультет КазНУ. После получения степени бакалавра я поступила на магистратуру по дизайну в химической инженерии в Манчестерский университет по программе «Болашак». Хорошая основа английского со школы помогла мне в поступлении и учебе за рубежом.

Когда я вернулась из Манчестера, мне предложили работу в Тенгизшевройле, но мама была категорически против того, чтобы я стала инженером и работала на вахте. «Будь лучше профессором, академиком!» говорила она. Так я устроилась ассистентом преподавателя в Назарбаев Университет (НУ). Я участвовала в различных исследовательских проектах и приехала в Италию на PhD, финансируемый Министерством образования Италии и частной компанией. Здесь я три с половиной года изучала кофе на факультете пищевой химии факультета химии, фармацевтики и биотехнологии Университета Камерино.

Как я начала изучать кофе?

До открытия в Казахстане различных кофеен, большинство из нас пили растворимый кофе. Однако 20% растворимого кофе производится из остатков натуральных кофейных зерен, которые используются повторно после первой экстракции. По сравнению с натуральным кофе его текстура и аромат уменьшаются. Приехав в Англию на магистратуру, я начала пить много натурального кофе, особенно при подготовке к экзаменам. Эта привычка осталась со мной и после возвращения домой. В лаборатории НУ у нас была своя небольшая плита и кофемолка, где мы иногда варили и пили кофе. В нашем проекте был итальянец, который всегда пил эспрессо без сахара. Он сильно удивлялся, когда мы в 25 мл кофе добавляли молока и две-три ложки сахара. Оказывается, из-за особенностей наших вкусовых рецепторов во рту мы плохо воспринимаем кислотность и горечь кофе, поэтому любим пить его с молоком.

Однажды в научной социальной сети ResearchGate я наткнулась на объявление о PhD по проекту, связанному с кофе. Я была удивлена узнав, что кофе тоже может быть объектом научных исследований и решила подать туда заявку. Когда я готовила документы, прочитала много статей о кофе. Мне казалось, что кофе уже весь изучили и мне там делать нечего. Хотя, какое бы исследование мы ни начали, вначале же всегда так кажется. В мотивационном письме я написала, что ничего не знаю о кофе, но мне интересно, что люди из разных стран по-разному воспринимают его на вкус. Через год после подачи документов и прохождения собеседования, меня приняли. Мои руководители сказали, что им как раз нужны люди, которые мало знают о кофе, так как они могут придумать новые методы быстрее. Эксперты обычно не могут выйти за рамки уже знакомых им методов. А у молодых специалистов, которые только начали знакомство с кофе, бывает много новых идей. Так я начала изучать кофе.

Кофе как объект научных исследований

Поскольку кофейная индустрия одна из крупных бизнесов по всему миру, на проекты в этой области выделяются большие средства. Например, у Nestle и Starbucks есть свои фонды в аграрном секторе, в рамках которых тоже можно учиться на PhD. Они вкладывают много денег в Бразилии и Колумбии. У них есть свои плантации, где можно проводить исследования и анализы для научных работ.

Есть много направлений исследования кофе. Только обработку кофейных зерен можно разделить на три этапа и изучать каждый из них по отдельности.

Первый этап — обжарка кофейных зерен. Можно проанализировать влияние методов обжарки на качество кофе. Кофейные зерна покрыты корочкой, которая отделяется при обжарке. Из-за схожести состава кто-то исследует возможность получения чая из этой корочки. В Португалии ее используют для изготовления биоразлагаемой упаковки вместо пластика. Второй этап — экстракция. Можно изучать влияние температуры и давления воды для экстракции на качество кофе. Третий — переработка кофейных отходов. В университете Камерино мы использовали их для изготовления различных скрабов и косметических средств против морщин. Под нашим руководством были студенты по каждому направлению. Мы опубликовали статьи по результатам их экспериментов. Тем не менее, кофе еще можно изучать и изучать.

У нас был один докторант, который занимался эстрогенами и гормональными составляющими кофе. Еще один коллега изучал, как ингредиенты кофе взаимодействуют с биосолями в кишечнике и влияют на холестерин. Самой важной частью пищеварительной системы после желудка является кишечник. Снижение уровня холестерина, который накапливается в том же кишечнике, является сегодня одной из самых больших задач. А из кофе во время экстракции выделяется много кислот, образованных хлорогенами, которые, возможно, могут помочь снизить уровень холестерина, но исследования еще ведутся. Есть большое направление, изучающее влияние кофе на организм до и после еды. Но мои исследования были в основном связаны с инженерией и оптимизацией. В течение последних шести месяцев докторантуры я была в Португалии, в Университете Авейро, где я изучала углеводы в составе кофе. Сейчас я пишу статью на основе полученных данных.

В целом химический состав кофе очень сложный и интересный, требует еще много исследований.

Влияние кофейных отходов на окружающую среду

Уровень потребления кофе в мире растет с каждым годом. На пути к удовлетворению этого спроса, кофейная индустрия должна минимизировать вредное воздействие своей продукции на окружающую среду. В связи с этим крупные компании уделяют больше внимания устойчивому развитию и финансируют проекты, направленные на минимизацию отходов и изучение способов их переработки.

50% отходов от первой экстракции кофе составляют полифенолы и хлорогеновые кислоты. Если закопать их в землю не обработав, то из-за своей высокой кислотности они могут убить микроорганизмы и растения в почве. Некоторые компании закупают эти отходы, экстрагируют их и добавляют в косметику, производят биоактивные пищевые добавки. В целом полифенолы обладают множеством полезных свойств для человеческого организма. У крупных организаций есть свои небольшие компании, которые утилизируют и перерабатывают отходы. А небольшие кофейные компании отправляют свои отходы в аграрный сектор. Есть специальное направление, изучающее возможность удобрения почвы отходами кофе, однако большая часть отходов все же остается непереработанной.

Способы уменьшения объема кофейных отходов

Мой PhD-проект был направлен на сокращение объема кофейных отходов. Компания Simonelli производит кофе-машины. Мы использовали их для оптимизации экстракции кофе эспрессо. Мы попытались уменьшить количество используемого порошка эспрессо, сохраняя качество конечного напитка. Качество кофе определяют специальные дегустаторы, называемые Q-грейдерами. Сначала мы разработали новые лабораторные и аналитические методы для определения качества нашего кофе, сравнивая их с данными Q-грейдеров. Они дали нам определение вкуса кофе, а мы, проводя сравнительные анализы, определили соединения, которые влияют на характеристики кофе, такие как, например, кислотность и горечь. Следующим шагом стала сама оптимизация. Мы заменили некоторые части машины, изменили расстояние между фильтрами, используемыми при экстракции, и оценили его влияние на качество кофе. Здесь тесно переплетаются химическая инженерия и химия. В результате изучения химического состава и различных оптимизаций, направленных на сокращение выделяемых кофейных отходов, мы сохранили качество кофе, используя меньше порошка эспрессо.

Переработка бытовых отходов

В Казахстане нет предприятий по переработке мусора. По сравнению с Европой мы не производим много кофейных отходов: лишь около 5% населения регулярно пьют кофе. Однако у нас есть большие объемы и других пищевых отходов, которые тоже не перерабатываются. Хотя из растительных остатков, кожуры бананов и яблок можно было бы получить множество полезных веществ, таких, как спирт и уксус.

Еще одна большая проблема заключается в том, что у нас не перерабатывается пластик. Например, кофейные стаканы и крышки Starbucks очень долго разлагаются в окружающей среде, а этому не уделяется должного внимания. Было бы лучше разделять пластик и бумагу и утилизировать их.

У нас нет утилизации отходов, нет устройств для их газификации и выработки энергии. Но мы работали в НУ над пилотным проектом газификационной трубы, чтобы в будущем можно было получать энергию из мусора.

Что общего у химии кофе и угля?

Уголь является основным источником энергии в стране из-за его больших запасов, низкой цены и отсутствия возможности экспорта. Однако газообразные соединения, выделяющиеся в результате сжигания угля, воздействуют на окружающую среду и организм человека. Когда я работала в НУ, мы изучали вопрос газификации угля. Газификация угля — это преобразование продуктов горения в более “чистые”, горючие газы и их повторное сжигание, то есть уменьшение количества вредных соединений, выбрасываемых в окружающую среду. Кроме того, энергия, выделяемая при сжигании газифицированного угля, больше, чем при его прямом сжигании.

В Казахстане есть много разных сортов угля. Соответственно, состав веществ, выделяемых из каждого вида угля, тоже разный. С помощью термогравиметрического анализа я изучила, при какой температуре и какой газ, помимо углекислого, выделяется из каждого вида угля. Затем мы протестировали возможность газификации этих углей. Уголь должен быть преобразован в газы, такие, как метан и пропан, путем газификации при температуре 600–800 ° C, при этом сам уголь не должен сгореть. Мы разработали модель трубы, в которой можно проводить такие процессы. Затем инженеры подготовили пилотный проект установки.

У нас было еще несколько проектов, связанных с углем. Например, некоторые исследователи изучали возможность использования в асфальте золы после сжигания угля. Кроме того, мы исследовали влияние размера угольных частиц на объем выделяемой энергии. То есть мы подсчитали, насколько нужно измельчить уголь, чтобы получить как можно больше энергии. Позже на PhD мы уже изучали влияние размеров кофейных зерен на эффективность ее экстракции. Инструмент, определяющий размер частиц был одинаковым в обоих проектах. Но один был по энергетике, другой — по пищевой химии.

Перспективы химии в Казахстане

Моя учительница химии до сих пор преподает в нашем селе. По ее словам, в последнее время количество учеников, интересующихся химией, сокращается, и нужно искать новые способы их мотивации. Поэтому я собираюсь снять и выложить на YouTube специальные видеоролики для сельских учеников выпускных классов о специальностях и возможностях, связанных с химией. Готовлю слайды со списком грантов зарубежных вузов, в которые можно поступить по химии. Когда мы учились в школе, думали, что с химией можно пойти только на учителя или фармацевта. Приехав в Италию я убедилась, что все итальянцы как химики. Они перегоняют дома использованное масло и делают из него мыло. Некоторые люди используют травы как красители, другие сушат чаи. Химия глубоко укоренилась в их жизни. Хочу показать школьникам нашего села, что химия всегда востребована.

Пищевая химия

«А что мы скажем людям?»— говорила моя семья и была против моих исследований кофе. В нашей стране сейчас престижными направлениями считаются альтернативная энергетика, нанотехнологии и робототехника. А мне оказалась ближе пищевая химия. У нас ею занимаются только разве что в Алматинском технологическом университете. Но в Италии в каждом университете есть своя кафедра пищевой химии. В нашей лаборатории кто-то изменял состав сыров, кто-то изучал рыбу, а кто-то — оливковое масло. В будущем хочу внести свой вклад в развитие пищевой химии в нашей стране, но для начала нужно набраться много опыта.

В Европе есть крупная организация, которая контролирует безопасность пищевых продуктов. Она определяет допустимое содержание и количество пестицидов в пище и устанавливает определенные требования к качеству продуктов питания. Если требования не соблюдены, продукты не впустят в магазины. А в нашей стране, кроме молочных продуктов, другие продукты, особенно фрукты и овощи, похоже, не контролируются должным образом. Например, арбузы, выращенные с чрезмерным использованием нитратов, везде свободно продаются. Точно так же следует контролировать количество пестицидов в яблоках, почву, в которой выращивают лук и картофель, и используемые удобрения. Я хочу поучиться у европейских организаций и в будущем открыть аналогичную организацию в нашей стране.

Чай и кофе нельзя пить во время еды

Чай пришел к нам позже, чем в другие страны, по Шелковому пути. До этого у нас не было традиции сидеть и пить чай. Чай и кофе нельзя пить во время еды, потому что они содержат молекулы, влияющие на пищеварение. Помимо кофеина, черный чай также содержит теанины, они немного расслабляют тело. А кофе, наоборот, влияет на аденозин и пробуждает человека. Но если пить эти напитки во время еды, то содержащиеся в пище микроэлементы не усвоятся организмом должным образом.

Одна из самых больших проблем, с которыми мы сегодня сталкиваемся, — это нехватка ученых в области питания в повседневной жизни.

Многие болезни идут от пищи. Исторически наши предки употребляли кумыс и кисломолочные продукты. Думаю, именно поэтому они были очень сильными и жили долго, но это еще нужно исследовать.

Считается, что итальянцы пьют много кофе, но они пьют 25 мл эспрессо, и только после еды. Думаю, поэтому у них средняя продолжительность жизни большая. Пищевые и другие привычки в повседневной жизни имеют огромное влияние на долголетие. Мы — то, что мы едим.

Развитие аграрного сектора в Казахстане

Во время исследований в наши лаборатории часто приходили агрономы. Они спрашивали у нас совета по своей главной проблеме: как лучше удобрять почву. В целом кажется, что в развитии сельского хозяйства можно использовать новые научные подходы. Во время карантина я посадила дома два семечка авокадо, и теперь у меня есть два метровых деревца. Поскольку они любят тепло, даже небольшая прохлада их уже ослабляет. Однажды мы купили семена абрикоса в Узбекистане и вырастили их. По сравнению с ними авокадо растет очень медленно. Все эти особенности можно сначала изучить в лаборатории. В начале учебного года в Авейро студентам дают на 6 месяцев дерево, чтобы вырастить его. Я взяла дуб, вырастила его примерно сантиметров 10, а потом посадила на специально подготовленное место. То же самое можно сделать и в нашей стране: и студенты мотивируются, и опавшие листья удобряют землю.

До распада Советского Союза возле нашего села выращивали гектары яблок. Местных отправляли собирать эти яблоки. Как главный агроном, мой отец много говорил о количестве удобрений, необходимых для получения красивых плодов, и о том, как лучше удобрять почву. Позже, когда началась приватизация, все деревья вырубили. Хотелось бы выращивать фрукты и овощи без добавления лишних химикатов и готовить из них разные варенья и соленья. Поэтому предлагаю отцу заняться этим в будущем. Но, конечно, нужно много времени, к примеру, яблоня начинает плодоносить только через пять лет после посадки.

В Казахстане не растет кофе, но других растений полно. При возможности хочу способствовать развитию сельского хозяйства в будущем.

Развитие сел и наставничество для сельских детей

Когда мы оканчивали школу, интернета не было, а доступ к информации был затруднен. У современной молодежи много возможностей и не так много ограничений, как у нас. Но, к сожалению, это касается только детей, выросших в городе. Я недавно была в своем селе: там пока мало развития, преобладает консервативное мышление. Молодые люди, живущие в сельской местности, не читают столько книг, как в городах, и из-за плохого образования они быстро вовлекаются в религиозные движения. В сельских семьях до сих пор существует множество заблуждений и неправильных установок. Многие девушки думают, что им надо выйти замуж сразу после окончания школы. Все считают, что успеха можно добиться только через знакомых или через блат. Хотя я еще не многого добилась, я хочу показать им на своем примере, что есть и другие пути. Я хочу сказать им: «У меня же получилось, у вас тоже получится, и даже лучше чем у меня!». Когда мы учили английский, мы зубрили, что «The Capital of Great Britain is London». Потом я поехала в Англию по программе «Болашак» и заплакала, стоя перед Биг Беном. Я поняла, что мечты имеют свойство сбываться. Мечты не должны оставаться мечтами, их нужно превращать в цели, а достижение своих целей дарит незабываемые ощущения и эмоции. Я хочу донести это школьникам сел и стать их наставником. Хочу способствовать развитию сел.

У науки нет границ

Когда я училась на третьем курсе в КазНУ, Михаил Касымович Наурызбаев, заведующий тогда кафедрой аналитики, разрешал нам подрабатывать в лаборатории. В качестве помощников профессора мы выполняли различные проекты и изучали состав воды. Он говорил нам, что в химии есть еще много чего неисследованного, неизученного. А основываясь на том, что мы читали и видели в книгах, мы думали: «Все уже исследовано, нам тут делать нечего». Но профессор задавал нам разные вопросы. Например, «Как вы определяете чистоту воды, какую воду вы считаете чистой и с помощью каких процессов вы можете ее очистить?». Когда мы рассказывали ему методы, прочитанные в книгах, он говорил: «А вы не можете придумать другие, более легкие способы?». Он научил нас больше думать, объясняя, что наука не ограничивается парой методов, которые кто-то уже открыл. "Вы можете сделать лучше, вам еще многое предстоит открыть!" — направлял он нас.

Когда я позже пришла в НУ, то встретила много своих ровесников, которые успели поработать над самыми разными научными проектами. Так как я из села, у меня не было такой возможности. Но мне было очень интересно обсуждать с ними разные идеи, проекты, даже простые книги. Так я и сама начала участвовать в различных исследовательских проектах. Одна из замечательных особенностей науки — то, что ты веришь в реализацию своих идей. Ты знаешь, что каким-то образом все обязательно получится. В моем родном селе мне часто говорили: «Ты — фантазерка, это невозможно, нереально, даже не мечтай!». Но по мере того, как ты растешь и развиваешься, ты начинаешь верить в то, что все возможно. Раньше я думала, что если выберу аналитическую химию, то каждый день буду делать одни и те же анализы. Но оказывается есть много разных инструментов для анализа. Если поменять один винт, прибор будет работать по-другому, если немного согнуть иглу, он выполнит другой анализ. Точно так же даже самые мелкие вещи приходят с исследованиями и оптимизацией. Например, итальянцы изобрели кофемашину эспрессо, но первый кофе нашли арабы. Нобелевскую премию по химии в 2020 году получили две женщины, французская ученая Эммануэль Шарпантье и американка Дженнифер Дудна, за разработку метода «генетических ножниц», который на сегодня признан лучшим. То есть у науки нет границ, всегда можно изобрести что-то новое.

Если хочешь стать ученым…

Я пока не считаю себя ученым, я еще словно студент. Я знаю не больше, чем мне еще предстоит узнать. Мой PhD-проект был готовым проектом моих руководителей, теперь мне нужно начинать свои собственные проекты, самой руководить ими. Я могу считать себя ученым только после их реализации и получения первых результатов. Чтобы стать ученым, нужно много исследований и терпения. Но сейчас я замечаю, что научный карьерный путь мужчин и женщин может весьма отличаться. Женщина делает дополнительную работу по дому, воспитывает детей, для нее всегда выстраиваются дополнительные преграды. Мой муж тоже ученый. Он сразу ушел в науку и продолжил строить свою карьеру, а у меня домашние дела, декретный отпуск, и я немного отстаю в карьере. Женщинам немного сложнее удержать баланс. Но в будущем я все же хочу заниматься наукой и вносить свой вклад в развитие мира.

Разница между научной работой в Казахстане и Италии

Итальянские лаборатории очень старые по сравнению с НУ, но все приборы работают исправно. Главное отличие в том, что реагенты доставляются в течение двух недель с момента заказа. Перед заказом вы обсуждаете на семинаре и объясняете, зачем вам нужно то или иное вещество, руководители показывают вам список доступных реагентов, а если чего-то не хватает, вы можете заказать и быстро получить все необходимое. В Казахстане же с реагентами было очень сложно. На оформление заказа уходили месяцы бумажной работы. В Италии процесс идет намного проще. Второе отличие — в доступности оборудования. Если ваше оборудование выйдет из строя, можно легко найти ему альтернативу. Например, оборудований, которые мы использовали для анализа, было несколько: одно у нас, второе в соседней лаборатории. Можно предварительно забронировать и пользоваться сколько душе угодно. Единственный минус, наверное, в том, что итальянцы плохо говорят по-английски и нужно учить итальянский. А в НУ же все говорят по-английски, и иностранцы могут свободно работать, совершенно не зная казахского или русского языков.

Казахстанская наука: пациент скорее жив или мертв?

Я бы сравнила ее с молодым отростком дерева, который только вырвался из-под почвы и начинает прорастать. Несмотря на трудности, встречающиеся на пути, есть много людей, которые не отказываются от науки и по-прежнему горят ею. Поэтому у казахстанской науки большое будущее. Говорят, что многие молодые люди уезжают за границу, я тоже сейчас не дома. Однако я уверена, что если мы будем развивать проекты, то они обязательно будут связаны с Казахстаном.

Данная публикация стала возможной благодаря помощи американского народа, оказанной через Агентство США по международному развитию (USAID) в период с 05.03.2021 по 04.07.2021, и был подготовлен в рамках «Центральноазиатской программы MediaCAMP», реализуемой Internews при финансовой поддержке USAID. Проект «Gylym Faces» несёт ответственность за её содержание, которое не обязательно отражает позицию USAID, Правительства США или Internews.

USAID является ведущим международным агентством развития и выступает катализатором достижения устойчивого развития. Деятельность USAID направлена на продвижение национальной безопасности США и экономического процветания, демонстрирует щедрость американского народа, способствует достижению самообеспеченности и жизнестойкости стран-бенефициаров.