CC BY
55
Биокаталитические методы обработки
плодово-ягодного сырья
Е.В. Алексеенко
Московский государственный университет пищевых производств
Разнообразие плодово-ягодного сырья и производимых из него пищевых продуктов обусловливает необходимость совершенствования технологических процессов с целью комплексной переработки плодово-ягодного сырья, увеличения выпуска высококачественных продуктов питания и рационального использования образующихся при этом вторичных продуктов (плодово-ягодного жома).
Проблема утилизации вторичных продуктов переработки плодово-ягодного сырья сейчас стоит достаточно остро. Накопление такого количества отходов, с одной стороны, неблагоприятно сказывается на экологической обстановке, с другой - в процессе технологической обработки в эти продукты переходит значительное количество ценных компонентов исходного сырья (витаминов, минеральных веществ, пищевых волокон, белка и др.), что и позволяет отнести их к дополнительным сырьевым ресурсам при производстве пищевых продуктов.
Поэтому разработка научно обоснованных способов комплексной перера-
Таблица 1
Накопление РВ в гидролизатах жома красной смородины под действием ферментных препаратов и МЭК
Ферментный препарат или МЭК Количество РВ (мг/гжома) в гидролизатах и степень конверсии (%) субстрата при длительности гидролиза
2ч 4ч 6ч
РВ % РВ % РВ %
Пектофоетидин П10х 115 30,2 128 35,7 135 38,7
Целловиридин Г20х 98 22,9 125 34,5 138 40,0
Ксилоглюкано-фоетидин П10х 97 22,9 110 28,0 118 31,4
МЭК-1 Целловиридин Г20х Пектофоетидин П10х 126 34,9 150 45,1 164 51,1
МЭК-2 Целловиридин Г20х Ксилоглюкано-фоетидин П10х 118 31,5 142 41,7 156 47,7
МЭК-3 Ксилоглюкано-фоетидин П10х Пектофоетидин П10х 103 25,1 120 32,3 128 35,7
ботки плодово-ягодного сырья и создание на его основе пищевых продуктов нового поколения, отвечающих современным требованиям науки о питании, находятся в центре внимания ученых всего мира.
Один из перспективных путей реализации этой проблемы - применение теоретических и практических основ биотехнологии, которая сегодня становится одной из важнейших составляющих технологического процесса. Достоинства и преимущества биотехнологических приемов настолько очевидны, что позволили выделить биотехнологию в одно из приоритетных направлений отечественной науки, что нашло отражение в проекте «Основы политики Российской Федерации в области науки и технологий на период до 2010 года».
Одним из аспектов применения биотехнологии для переработки плодово-ягодного сырья и образующихся вторичных продуктов - активное вовлечение в технологический процесс комплекса ферментов, способствующих деструкции растительных биополимеров, в том числе полисахаридов и лигнина, на долю которых приходится значительное количество сухих веществ [1, 2].
На кафедре «Аналитическая химия» МГУПП на протяжении многих лет проводятся исследования по разработке и применению биотехнологических решений для комплексной переработки плодово-ягодного сырья, в том числе и образующихся при этом вторичных продуктов его переработки.
Среди вторичных продуктов переработки плодово-ягодного сырья особого внимания заслуживают обле-пиховый шрот, который в значительном количестве образуется при переработке плодов облепихи на масло, а также айвовый жом и жом красной смородины - вторичные продукты сокового производства. Интерес к выбранным продуктам не случаен: в них присутствуют многие биологически активные вещества (витамины, в-каротин, флавоноиды, липиды, полиненасыщенные жирные кислоты, белки, пищевые волокна). Поэтому их
следует рассматривать как источник натуральных, экологически безопасных пищевых компонентов, созданных самой природой, которые способствуют поддержанию здоровья и долголетия и противодействуют агрессивным воздействиям внешней среды [3, 4, 5, 6].
Наличие в этих продуктах значительной доли неусвояемых компонентов, которые в основном представлены клетчаткой, гемицеллюлозой и лигнином (в облепиховом шроте - более 50 %, айвовом жоме - 65 %, жоме красной смородины - более 30 %), с одной стороны, сдерживает их широкое практическое применение при производстве продуктов питания, с другой -служит резервом для повышения их пищевой ценности за счет частичного ферментативного гидролиза некрахмалистых полисахаридов и прежде всего клетчатки и гемицеллюлозы. При этом в гидролизатах увеличивается содержание легкоусвояемых сахаров и, в частности, пентоз, а часть некрахмалистых полисахаридов остается в виде компонентов пищевых волокон, которым, как известно, принадлежит важная роль в рационе питания человека. При этом следует ожидать, что ферментативная обработка позволит увеличить содержание и других биологически активных компонентов, в том числе витаминов, экстрактивных и красящих веществ.
Для этих целей использовали отечественные ферментные препараты цел-люлазного и гемицеллюлазного действия Целловиридин Г20х, Циторозе-мин Пх, Целлокандин Г10х, Ксилоглю-канофоетидин П10х и пектолитический ферментный препарат Пектофоетидин П10х.
Выбранные ферментные препараты по своему составу многокомпонентные и наряду с основными содержат и ряд сопутствующих активностей. Поэтому их применение будет способствовать более полной конверсии сырья и позволит комплексно использовать содержащиеся в сырье полезные вещества за счет увеличения в получаемых гидролизатах сахаров, белка, аминокислот, витаминов.
Как показали проведенные исследования, применение выбранных ферментных препаратов и мультэнзимных композиций (МЭК), составленных на их основе, способствует гидролитическому расщеплению некрахмалистых полисахаридов и накоплению редуцирующих веществ (РВ) в гидролизатах [7, 8, 9] (табл. 1, 2).
Так, при ферментативной обработке жома красной смородины содержание РВ в пересчете на глюкозу в растворимой части продукта через 2-4 ч гидролиза увеличивается в 2,2-3,4 раза по
PROCESSING OF VEGETATIVE RAW-MATERIALS
сравнению с собственным содержанием РВ в жоме красной смородины (44 мг/г жома) (табл. 1). Наилучшие результаты были получены с применением ферментного препарата пектофо-етидин П10х и МЭК на основе пектофо-етидина П10х и целловиридина Г20х. Через 2-4 ч гидролиза уровень накопления РВ в гидролизатах превосходит собственное содержание РВ в исходном сырье в 2,6-3,4 раза и составляет 115-128 и 126-150 мг/г жома соответственно.
Положительный эффект от применения ферментных препаратов и МЭК различного композиционного состава был получен и при гидролизе полисахаридов облепихового шрота и, хотя степень конверсии субстрата незначительна (4,510,2%), отмечалось существенное увеличение РВ в растворимой части продукта (через 4-6 ч гидролиза в 2,1-3,4 раза) (табл. 2).
Наилучшие результаты были получены с применением ферментного препарата пектофоетидин П10х, целлокан-дин Г10х и МЭК на основе пектофоети-дин П10х и ксилоглюканофоетидин П10х. Через 4-6 ч гидролиза содержание РВ в пересчете на глюкозу увеличивается в 2,5-3,4 раза по сравнению с собственным содержанием РВ в обле-пиховом шроте (8,5 мг/г шрота) и составляет 21,2-28,9 мг/г шрота (степень конверсии 6,4-10,2 %).
Принимая во внимание полученные результаты, предпочтение было отдано ферментным препаратам, использующимся в промышленности. В частности, ферментному препарату пектофоетидин П10х, который с успехом применяется в соковом производстве.
Для гидролитического расщепления некрахмалистых полисахаридов айвового жома был использован именно этот ферментный препарат, зарекомендовавший себя как один из наиболее эффективных и удачно сочетающий комплекс различных ферментативных активностей.
Как показали проведенные исследования, применение ферментного препарата пектофоетидин П10х способствует накоплению РВ в получаемых гидролизатах. Через 3-5 ч гидролиза содержание редуцирующих сахаров в пересчете на глюкозу увеличивается в 1,9-2,1 раза по сравнению с собственным содержанием РВ в айвовом жоме (73 мг/г жома) и составляет 140-150 мг/г жома (степень конверсии 21,1 — 24,2 %) [8].
При работе с целлюлозосодержа-щим материалом большую роль играет предварительная обработка субстрата, поскольку структурные и физико-химические характеристики природной
целлюлозы ограничивают возможности применения целлюлолитических ферментных препаратов с целью превращения целлюлозы и сопутствующих ей высокомолекулярных полисахаридов в простые сахара.
Для повышения эффективности действия ферментных препаратов проводили предварительную обработку сырья (обработка на дезинтеграторной установке, размол на шаровой мельнице, обработка паром под давлением и др.).
Применение выбранных ферментных препаратов в сочетании с эффективными способами обработки целлю-лозосодержащего сырья позволяет значительно увеличить содержание легкоусвояемых сахаров в растворимой части продукта (в 3,5-5,6 раза).
При этом важно не только количественное содержание сахаров, но и их качественный состав. Как показали данные хроматографического исследования, помимо глюкозы, накапливается и ряд сахаров, являющихся структурными компонентами геми-целлюлоз - галактоза, манноза, ксилоза, арабиноза, рамноза. Все эти углеводы играют важную роль во взаимопревращениях сахаров в процессе углеводного обмена в организме человека [10].
Анализ химического состава получаемых гидролизатов свидетельствует, что предварительная механическая обработка и последующий ферментативный гидролиз способствуют не только повышению содержания сахаров, но и растворимого белка и свободных аминокислот (в 1,9-3,5 раза), что является еще одним несомненным достоинством получаемых гидролизатов.
Кроме того, установлено, что получаемые ферментативные гидролизаты содержат широкий спектр природных витаминов - В( В2 РР, С, токоферолы, в-каротин и др.
Таблица 2
Накопление РВ в гидролизатах облепихового шрота под действием ферментных препаратов и МЭК
Ферментный препарат или Количество РВ (мг/г шрота) в гидролизатах и степень конверсии (%) субстрата при длительности гидролиза
МЭК 2 ч 4ч 6ч
РВ % РВ % РВ %
Пектофоетидин П10х 25,2 8,3 27,5 9.4 28,9 10,2
Цитороземин Пх 14,2 2,8 20,2 5,8 22,2 6,8
Целлокандин Г10х 15,5 3,5 22,0 6,7 26,8 9,1
МЭК-1 Ксилоглюканофоетидин П10х Пектофоетидин П10х 15,3 3,4 21,2 6,4 26,7 9,1
МЭК-2 Пектофоетидин П10х 14,5 3,5 17,5 4,5 21,2 6,4
Цитороземин Пх
МЭК-3 Ксилоглюкано-фоетидин П10х Цитороземин Пх 18,8 5,2 21,8 6,7 24,8 8,2
МЭК-4 Пектофоетидин П10х Ксилоглюкано-фоетидин П10х Цитороземин Пх 12,2 1,9 20,1 5,8 22,5 7,0
В исследуемых объектах переработки плодово-ягодного сырья и продуктах их ферментативной обработки высоко содержание компонентов пищевых волокон, с наличием которых в продуктах питания ученые связывают проявление ими комплексообразую-щих и адсорбционных свойств по отношению к ионам тяжелых металлов и радионуклидам. С этой точки зрения облепиховый шрот, айвовый и смородиновый жом и продукты их ферментативной обработки могут представлять определенный интерес, что и было подтверждено в ходе исследований.
ООО
Торговый немалого
«К.Т.К.»
представитель
концерна
А
КРАХМАЛЫ:!
EMSLAND -STARKE GMBH
ПРЕДЛАГАЕТ следующие пищевые добавки: > картофельный
< картофельный модифицированный кукурузный модифицированный
• соусов, кетчупов и майонеза
ппя »детского питания и молочных продуктов
прпмчиплгтвл- -консервов и мясной гастрономии игии^ьидь 1ЬА. .безалкогольных напитков
• кондитерских и хлебобулочных изделий
СУХОЕ КАРТОФЕЛЬНОЕ ПЮРЕ И КАРТОФЕЛЬНЫЙ ГРАНУЛЯТ
мешки m 25
Стабильные поставки. Вся /фо/Уукция серптфициршшшi
rai, (495) 575 6471, 575-6570 (495) 573-4083 (495) 508-85-72, 508-85-73
14М00 Россия, Московская ойтасть, г. Химки, ул. Энгельса, д. 10/19
Так, была выявлена достаточно высокая комплексообразующая способность облепихового шрота и продуктов его ферментативной обработки. Установлено, что облепиховый шрот способен связывать 18-22 % от общего количества свинца, внесенного в водную суспензию облепихового шрота. Наибольшей связывающей способностью обладает ферментативный гидролизат. Он способен связывать 35-40 % от количества свинца, внесенного в гидро-лизат [7].
Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что продукты переработки плодово-ягодного сырья - облепиховый шрот, айвовый жом и жом красной смородины и их ферментализаты обладают высокой пищевой и биологической ценностью. Они содержат важнейший комплекс природных биологически активных соединений: белки, свободные аминокислоты, в том числе незаменимые, сахара, в том числе пентозы, витамины антиоксидантного ряда - Е, С, Р и ß-ка-ротин, биологически активные фе-нольные соединения и др., что и придает им статус ценных сырьевых компонентов, обладающих детоксицирую-щими и радиопротекторными свойствами, которые могут быть использованы при производстве здоровых продуктов питания.
Проведены исследования по использованию облепихового шрота, айвового жома и продуктов их ферментативной обработки в качестве добавки при производстве хлебобулочных изделий [7, 8]. При этом обоснована целесообразность создания композиций на основе айвового жома с одновременным внесением морковного порошка и сухой молочной сыворотки. Ферментный препарат пектофоетидин П10х вносили в составе композиций.
Проведенными исследованиями показана целесообразность применения исследуемых добавок при производстве хлеба. Использование для этих целей ферментативных гидролизатов предпочтительнее, поскольку в них накапливаются свободные сахара и аминокислоты за счет частичного ферментативного гидролиза, увеличивается выход экстрактивных веществ, в том числе белка и витаминов, что имеет большое значение для интенсификации процесса брожения и образования меланоидинов и ароматических продуктов в процессе выпечки хлеба. Кроме того, установлено улучшение реологических свойств теста по показателям водопоглотительной способности, эластичности, стабильности. На «Способ приготовления теста для хлебных изделий» получено авторское свидетельство (А.С. № 1789167).
Улучшение качества хлеба по структурно-механическим и органо-лептическим показателям сочетается с повышением пищевой и биологической ценности готовых изделий за счет дополнительного внесения целого комплекса важнейших биологически активных соединений (липидов, белков, свободных аминокислот, сахаров, пищевых волокон, витаминов и др.).
Были проведены исследования по применению ферментативных гидро-лизатов облепихового шрота и жома красной смородины в качестве вкусовой добавки для напыления на экстру-дированный рисовый продукт.
Органолептическая оценка полученных экструдированных продуктов показала, что они не уступали контрольному образцу (экструдат без напыления), а по показателям пищевой и биологической ценности превосходили его.
В опытных образцах экструдирован-ного продукта повышалось содержание растворимых углеводов, белка, свободных аминокислот, в том числе незаменимых лизина и треонина, т. е. тех аминокислот, которые являются лимитирующими для продуктов переработки риса.
В полученных экструдированных продуктах увеличивалось содержание витаминов В, В2 РР и особенно витамина С и в-каротина, присутствие которых в контрольных образцах продукта (экструдат без напыления) отмечено не было.
Таким образом, напыление вкусовых добавок на основе гидролизата облепихового шрота и жома красной смородины имеет большое значение как с точки зрения пищевой ценности экст-рудированных продуктов, так и с точки зрения улучшения их потребительских достоинств. На «Способ получения пищевого экструдированного продукта» получено авторское свидетельство (А.С. № 1738227).
Принимая во внимание актуальность использования плодовых и ягодных экстрактов при производстве пищевых концентратов, обоснована целесообразность применения сухого ферментативного гидролизата жома красной смородины при производстве быстрорастворимых киселей. Произведено сокращение (на 4%) используемого сахара-песка и при этом из рецептуры полностью исключена лимонная кислота за счет представительной гаммы органических кислот гидролизата жома красной смородины.
Таким образом, применение биокаталитических методов, а именно, использование продуктов микробиоло-
гического синтеза - ферментных препаратов широкого спектра действия -это одно из приоритетных направлений эффективной переработки вторичных продуктов переработки плодово-ягодного сырья с целью наиболее полного извлечения ценных питательных компонентов, содержащихся в нем. Получаемые ферментализаты содержат целый комплекс биологически активных соединений, в том числе белки, витамины, минеральные вещества, органические кислоты, природные красители, пищевые волокна, что и определяет функциональные свойства гидролизатов и делает их перспективной добавкой при производстве различных пищевых продуктов для повышения их качества, пищевой и биологической ценности, вкусовых достоинств и других потребительских свойств.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бутова С.Н. Биотехнологическая деградация отходов растительного сырья. - М.: Типография Россельхозака-демии, 2004.
2. Кислухина О., Кюдулас И. Биотехнологические основы переработки растительного сырья. - Каунас: Технология, 1997.
3. Ладыгин В.Г., Ширникова Г.Н. Современные представления о функциональной роли каротиноидов в хлоро-пластах эукариот//Журнал общей биологии. 2006. Т. 67. № 3.
4. Cohen J.F., Kristal R.A., Standford J.K. Fruit and vegetable intakes and prostate cancer risk//J. Natl. Cancer Inst. 2003. № 92. Р. 61-68.
5. Feldman E.B. The scientific evidence for a beneficial health relationship between walnuts and coronary heart disease//J. Nutr. 2002. № 132. Р. 10621101.
6. Giusty M. Application of acylated antocyanins as natural food colorants// Bussiness Briefing: Innovative food ingredients. 2000. Р. 45-48.
7. Ляшенко Е.В. Разработка ферментативного способа обработки облепихового шрота и применение в пищевой промышленности: Дис. ... канд. техн. наук. - М.: МТИПП, 1991.
8. Мамедова Д.Г. Разработка хлебопекарных улучшителей полифункционального действия на основе айвового жома: Дис. ... канд. техн. наук. - М.: МГАПП, 1994.
9. Пирогова Е.В. Разработка биотехнологии комплексной переработки ягод красной смородины: Дис. ... канд. техн. наук. - М.: МГУПП, 1998.
10. Ленинджер А. Основы биохимии. - М.: Мир, 1985. Т. 1-3.
