CC BY
182
УДК: [634+635.1/. 7]:577.15
ФЕРМЕНТНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ПЛОДООВОЩНОГО СЫРЬЯ
Г. А. ГОРЕЛИКОВА, кандидат биологических наук, доцент
А.Ю. ПРОСЕКОВ, доктор технических наук, проректор по научной работе
А. С. ШЕБУКОВА, кандидат технических наук, старший преподаватель E-mail: [email protected]
Резюме. Изучены вопросы использования ряда ферментных препаратов для трансформации биологического сырья и их влияние на формирование качества продуктов. Установлены недостатки и перспективы применения ферментных препаратов при переработке плодоовощной продукции.
Ключевые слова: ферментные препараты, переработка, плодоовощное сырье, пюре, сок, дубильные вещества, аскорбиновая кислота.
Ферментные препараты сегодня используются для трансформации практически любого вида биологического сырья и формирования качества продуктов. Это позволило существенно повысить глубину переработки пищевого сырья и кормов (улучшить органолептические свойства и создать новые виды пищевых продуктов, повысить усвояемость кормов и расширить сырьевую базу кормопроизводства).
Таблица 1. Характеристика препарата Пектофое-тидин П10х
Bud активности Активность, ед./г, по группам
1 | 2 3
Пектолитическая 100 36 9
Полигалактуроназная 1500 570 160
Пектинэстеразная 80 60 7
Протеолитическая (при pH 2,5) 10 3 1
Основная масса таких препаратов производится на основе культивирования промышленных штаммов микроорганизмов, преимущественно продуцентов секретируемых (внеклеточных) ферментов [1,2].
Выбор ферментов для гидролиза сырья определяется поставленной задачей (глубина гидролиза, состав продуктов реакции), свойствами сырья и возможными параметрами процесса гидролиза в рамках конкретной технологии.
В своих исследованиях мы использовали препараты пектинрасщепляюще-го, гемицеллюлозного, ци-толитического и протеоли-тического действия.
Продуцент препарата пектинрасщепляющего действия Пектофоетидин ШОх (см. табл. 1) — плесневый гриб Аярег&Пйг /ЬеМш.
Оптимальные условия для
Таблица 2. Характеристика ферментных препаратов
Вид ферментативной активности Ферментативная активность, ед./г
Прото- субтилин ГЮх Р- Гпюкана-за Целловиридин ГЗх
Общая целлюлоли-
тическая 0 0 500
Ксиланазы 0 0 690
Эндо-(3-глюканазы 35 500 290
Экзо-Р-глюканазы 35 260 70
Г емицеллюлазная 0 0 0
Эндопептидазная 70 0 0
а-Амилазная 30 0 0
пектолитических ферментов pH 3,5...4,5, для кислой протеазы — pH 2,5...4,0, температура 35...45 °С.
Препарат гемицеллюлазного действия /3-Глюка-наза ГЮх (/3-1,3-1,4-глюканазы) получают из культуры Bacillus subtilis Т-86 (сопутствующий фермент — а-амилаза). Стандартная активность /3-глкжана-зы ПОх 600 ед./г (табл. 2), максимальная — проявляется при pH 6,5 и температуре 50°С. Препарат стабилен при pH 3,5...8,0.
Целловиридин ГЗх — комплексный препарат цел-люлолитических ферментов и гемицеллюлаз из культур Trichoderma reesei или Т. viride. Целлюлолитическая активность составляет по группам: 1 —100,2 — 75, 3 — 50 ед./г. Оптимальные условия действия pH 4,5...5,5, температура 45...50 °С.
Протосубтилин ГЮх — препарат нейтральной бактериальной металлопротеиназы из культуры Bacillus subtilis (сопутствующие ферменты эндо-/?-1,3-1,4-глюканаза, ксиланаза, а-амилаза). Стандартная активность протеазы в препарате по группам: 1 —230, 2 — 180, 3 — 90, 4 — 70 ед./г. Оптимальные условия действия pH 7,0...7,5, температура 50 “С, стабилизаторы — ионы цинка и кальция, ингибиторы — хела-ты, тяжелые металлы [2].
На первом этапе исследований мы проанализировали биотехнологические аспекты получения плодовых и овощных пюре с целью их дальнейшего использования в рецептуре структурированных продуктов (десертов).
В качестве объекта исследования было выбрано доступное и дешевое сырье, выращенное в Кемеровской области — ранет, морковь красная, тыква и ка-
Таблица 3. Содержание углеводов в растительном сырье
Наименование Массовая доля, %
моно- идисаха риды полисахариды
глюко- за фрук- тоза саха- роза целлю- лоза геми- цепю- лоза крах- мал пектиновые вещества
Ранет 1,8 3,8 2,0 0,4 0,3 0,2 1,5
Кабачки 0,8 0,8 0,5 0,7 0,4 1,9 1,8
Морковь красная 2,5 1,0 3,5 1,2 0,3 0,2 0,6
Тыква 2,6 0,9 1,0 2,0 0,5 0,2 0,5
бачки. Для правильного подбора ферментных препаратов предварительно был определен углеводный состав сырья (табл. 3).
Особое внимание уделяли содержанию полисахаридов, которые входят в состав клеточных стенок, обеспечивают целостность тканей, а также определяют технологическую пригодность растительного сырья и особенности его переработки.
В результате изучения гемицеллюлозного комплекса установлено, что доля клеточных стенок в растительном сырье колебалась на уровне 2,4...3,9 %. Наименьшее количество гемицеллюлозы группы А, гидролизуемой в 5 %-ном растворе КОН, выявлено у кабачков (0,12 %), группы В, гидролизуемой в 25 %-ном растворе КОН, — у моркови (0,05 %).
Еще один важный показатель качества сырья — состав и физико-химические свойства пектиновых веществ. Пектин в присутствии кислоты и сахара образует студни, что широко используется в кондитерской промышленности при производстве желе, джемов, мармелада, пастилы, фруктовых карамельных начинок и др. [2].
Общее количество пектиновых веществ в изучаемом сырье колебалось от 0,5 до 1,8 %, из них 0,3... 1,6 % — это протопектин, 0,2...0,4 % — водорастворимый пектин (табл. 4).
В зависимости от вида изучаемого растительного сырья количество свободных карбоксильных групп варьировало в интервале 4,5... 11,6 %, степень этери-фикации — 57,3...68,4 %, количество метоксильных групп — 7,4...7,9 %).
Протопектиновые вещества больше гидролизовались в слабощелочном растворе (ТЧН4)2С204, чем в слабокислом растворе НС1. Это свидетельствует об их сложном строении и взаимосвязи с клеточными стенками, деструкция которых, вероятно, будет определять качественные характеристики готовой продукции.
На углеводный комплекс (в частности гелеобразующую, желирующую, комплексообразующую способность и др.) можно влиять с помощью различных технологических приемов, что, в свою очередь, позволяет корректировать свойства конечных продуктов.
Мы изучили закономерности биотрансформации плодоовощного сырья ферментными препаратами разной направленности. Целловиридин ГЗх, Протосубтилин Г10х, /З-Глюканаза (препараты, гидролизующие пектиновые вещества не применяли, так как переработанное сырье предполагалось использовать при создании гелеобразных продуктов, для которых важны структурообразующие свойства пектина).
Перед ферментативной обработкой растительного сырья было подвергнуто механическому измельчению, что позволяет увеличить площадь его контакта с биокатализаторами [1].
Эту операцию мы осуществляли на машине марки УИ-3000. Продолжительность обработки, необходимой для получения гомогенной массы, устанавливали эмпирически. Для моркови она была наибольшей (12 мин), а для кабачков, содержащих значительное количество влаги, — самой быстрой (5 мин.).
Ферментный препарат вносили в количестве 0,01; 0,03; 0,05; 0,07 и 0,10 % от массы сырья. Затем создавали оптимальную pH и термостатировали при температуре 45...50 °С в течение 210 мин. После окончания процесса образцы подвергали кратковременной высокотемпературной обработке для инактивации
ферментов.
В ходе ферментации каждые 30 мин определяли долю связанной влаги (%), эффективную вязкость пюре при градиенте скорости сдвига у = 17,93 (Па • с) и коэффициент мацерации.
Согласно результатам исследований изменения в растительном пюре под действием Протосубтили-на и /З-Глюканазы протекали медленно, реологические характеристики и коэффициент мацерации практически не менялись. Лучшие результаты были получены при использовании препарата Целловиридин ГЗх особенно в количестве 0,05 % от массы сырья при продолжительности воздействия 90... 120 мин и 45 °С. Это свидетельствует о возможности применения указанного препарата в технологии производства структурированных пищевых продуктов (десертов).
На втором этапе исследований мы изучали возможность применения ферментных препаратов пек-толитического и целлюлолитического действия при извлечении сока из плодового и овощного сырья. Пектолитические ферментные препараты применяют для обработки мезги плодов. Пектиназы облегчают прессование, повышают выход сока, снижают количество осадка, а также способствуют осветлению и фильтрованию сока [3, 4].
Таблица 4. Состав и физико-химические свойства пектиновых веществ анали-
зируемого растительного сырья
Характеристика Наименование сырья
ранет кабач- ки морковь красная тык- ва
Водорастворимые пектиновые вещества, %
Массовая доля 0,4 0,2 0,3 0,2
Свободные карбоксильные группы 4,5 7,8 11,6 6,9
Этерифицированные карбоксильные группы 7,6 7,6 5,1 4,7
Общее количество карбоксильных групп 12,2 8,1 13,6 8,4
Степень этерификации 68,4 - 57,3 67,8
Метоксилированные карбоксильные группы 8,6 - 8,2 3,6
Метоксильные группы 7,9 - 7,6 7,4
Протопектиновые вещества, %
Массовая доля 1,1 1,6 0,3 0,3
Гидролизованные в растворе 0,013 н НС1 0,23 0,50 0,17 0,03
Гидролизованные в растворе 1 %-го (ЫЩ^СгСЦ 0,87 1,20 0,13 0,27
В качестве сырья были выбраны плоды вишни и черной смородины, морковь Нантская, тыква Атлант, выращенные в Кемеровской области, яблоки Молдавские.
Пектофоетидин в количестве 0,01; 0,02 и 0,03 % от массы обрабатываемого сырья тщательно перемешивали с небольшим количеством сока (I = 40 °С), полученную суспензию настаивали 30 мин при такой же температуре, затем вносили в мезгу и вновь перемешивали. Полученную смесь выдерживали в термостате в течение 135 мин при температуре 40 °С. После этого мезгу отделяли прессованием и определяли выход сока. В качестве контроля использовали образец без использования ферментного препарата.
Выход сока черной смородины в контроле практически не изменился, а при добавлении 0,01... 0,02 % Пектофоетидина от массы сырья он увеличился на 14,4... 16,8 %. Кроме того, было установлено, что для ферментации мезги этой культуры при указанных условиях достаточно 2 часов, так как в дальнейшем выход сока не повышается.
Внесение Пектофоетидина ПЮх в количестве 0,01 % от исходного сырья приводило к уменьшению содержания аскорбиновой кислоты на 3,7 %, дубильных веществ (в пересчете на рутин) — на 87,7 %, при добавлении 0,02 % препарата их концентрации снизились соответственно на 11,1 и 88,5 %. Разрушением в процессе ферментации полифенолов можно объяснить и изменение окраски сока с увеличением дозы препарата на более светлую.
Обработка Пектофоетидином мезги вишни в указанных условиях привела лишь к незначительному повышению выхода сока (на 3,8...5,7 %). Оптимальное время ферментации составило 70...80 минут.
В процессе ферментации мезги вишни происходил гидролиз пектиновых веществ, способствовавший к увеличению содержания сухих веществ в соке, по сравнению с контролем, на 3,8...5,4 %.
Концентрация дубильных веществ (в пересчете на рутин) в соке, полученном путем прямого отжима, составила 764,9 мг/100 мл, а после выдержки мезги в термостате — только 124,7 мг/100 мл (в 6 раз меньше). При добавлении 0,01 % фермента их содержание уменьшилось еще на 16,7 %, 0,02 % — на 33,4 %, 0,03 % — на 50,0 % (время обработки — 2 часа).
Содержание аскорбиновой кислоты в соке прямого отжима составило 14,3 мг/100 мл. При выдержке мезги в термостате при температуре 40 °С в течение 2 часов без ферментной обработки оно почти не изменилась (13,6 мг/100 мл). В варианте с добавлением 0,01 % Пектофоетидина ПЮх величина этого показателя уменьшилась на 9,6 %, 0,02 % — на 22,1 %, 0,03 %-на 35,3 %.
Для ферментной обработки моркови, тыквы и яблок использовали Пектофоетидин ПЮх и Целло-виридин ГЗх. Препарат целлюлолитического действия был выбран из-за большего содержания клетчатки в этих видах сырья.
Обработку мезги проводили Пектофоетидином и Целловиридином отдельно и в комплексе. Доза ферментных препаратов составляла от 0,01 до 0,05 % от массы сырья.
В процессе гидролиза наблюдалась положительная динамика выхода сока из мезги, оптимальная продолжительность процесса — 120 мин. При обработке мезги пектолитическим препаратом выход сока увеличивался больше, чем в вариантах с использованием комплекса ферментов или фермента целлюлолитического действия. В случае его применения отмечено наибольшее увеличение выхода сока из мезги тыквы (в 4,8 раз) и моркови (в 1,7 раз), выход сока из мезги яблок почти не менялся.
Таким образом, к недостаткам ферментной переработки плодоовощного сырья, можно отнести снижение содержания полифенолов и аскорбиновой кислоты в соках.
Однако в целом можно заключить, что это перспективное направление развития пищевой индустрии, так как ферментная переработка проводится при наиболее мягких условиях (температура, pH, давление и др.) и способствует уменьшению количества отходов. Широкий выбор препаратов различного действия и возможность их комбинации позволяет подобрать необходимый комплекс ферментов в зависимости от свойств используемого сырья и производимого продукта. Так, применение Пектофос-тидина обеспечивает увеличение выхода сока из плодовой и овощной мезги, а Целловиридина ГЗх улучшение качества пюре.
Литература.
1. Неверова О.А., Гореликова Т.А., Позняковский В.М. Пищевая биотехнология продуктов из сырья растительного происхождения: Учебник. — Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2007. — 415 с.
2. Кислухина О. В. Ферменты в производстве пищи и кормов. — М.: ДеЛи, 2002. — 336 с.
3. Экспертиза продуктов переработки плодов и овощей. Качество и безопасность: учебно-справ. пособие для вузов / И.Э. Цапалова, Л.А. Маюрникова, В.М. Позняковский, Е.Н. Степанова. — Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2003. — 271 с.
4. Экспертиза напитков. Качество и безопасность: учебно-справ. пособие /Позняковский В.М., Помозова В.А., Киселева Т.Ф., Пермякова Л.В.; под общей ред. В.М. Позняковского. — 6-е изд., испр. и доп. — Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2005. — 407с.
ENZYMATIC PROCESSING OF FRUIT AND VEGETABLE RAW MATERIAL G.A. Gorelikova, A.J. Prosekov, A.S. Shebukova
Summary. The usage problems of a number of enzymatic preparations for biological raw material transformation and their influence on products quality formation are studied. Shortcomings and prospect of enzymatic preparations use in fruit and vegetable processing are determined.
Key words: enzymatic preparations, processing, fruit and vegetable raw material, ригйе, juice, tannin, ascorbic acid.
