Отходы цитрусовых - биологически ценные компоненты для пищевых продуктов и напитков Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ИНГРЕДИЕНТЫ для ПРОИЗВОДСТВА ПИВА и НАПИТКОВ

УДК 663.813

Отходы цитрусовых -биологически ценные компоненты для пищевых продуктов и напитков

Е.И. Курбатова,

канд. техн. наук, доцент; С.К.А. Алсивар, аспирант; Е.Н. Соколова, канд. биол. наук; В.Е. Постникова, канд. техн. наук; Л.В. Римарева,

д-р техн. наук, профессор, чл.-корр. ВНИИ пищевой биотехнологии

Ключевые слова:

цитрусовые; мандарины; биокатализ; ферментные препараты; пектин; нарингин. Keywords:

citrus; tangerine; biocatalysis; fermentation preparations; pectin; naringin.

Реферат

Разработан биотехнологический способ деградации отходов цитрусовых для извлечения пектиновых веществ и биофлавоноидов. Получены новые экспериментальные данные по составу мультиэнзимной композиции для деградации цитрусовых отходов.

Abstracts

BiotechnoLogi caLmethodof degradation of citruswaste to extractpectinandbioflavonoids has been developed. New experimental dataon composition ofmultienzymecomplex for the destruction of citruswaste have been received.

Анализ современных тенденций в структуре питания показывает несбалансированность рациона питания по основным пищевым нутриентам: белкам, углеводам, витаминам, макро- и микроэлементам и др., дефицит которых в питании наблюдается сегодня и прогнозируется специалистами в будущем.

Несмотря на бурное развитие химического производства синтетических пищевых и вкусоароматических добавок, остается высоким уровень производства биологически активных веществ из природного растительного сырья, в том числе отходов производства.

Каждый год в мире производится порядка 30 млн т цитрусовых отходов, большую часть из них составляют мандариновые корки. С экологической точки зрения, высокий уровень отходов приводит к загрязнению окружающей среды, поэтому возникает необходимость поиска путей их переработки. Цитрусовые отходы, в основном, состоят из корок, семян, альбедо, которые, в свою очередь, являются богатым источником моносахаридов, целлюлозы, геми-целлюлозы и пектина. Содержание пектина — наибольшее в альбедо, поэтому крупноплодные цитрусовые, как промышленный сырьевой источник пектина, оценивают по массе альбедо. Так, содержание пектиновых веществ у мандаринов составляет в альбедо и флаведо 9,3 и 6,8% соответственно. При этом в мякоти зрелых плодов примерно 2/3 общего количества пектиновых веществ находится в форме протопектина [1].

Кроме пектина, мандариновая кожура содержит значительное количество эфирных масел, которые разделяют по источнику получения из цитрусовых культур: пети-греневые, полученные из молодых ветвей; неролиевые — из цветов, а также из плодов, которые носят названия соответственно названию плода(лимонное — из лимона, мандариновое — из мандарина и т. п.). В плодах масло находится в эфиро-масличных железах, расположенных в основном в тканях наружного мезокарпия — нижней части перикарпия (кожуры). Его содержание в кожуре мандаринов — 1,2%, лимонов — 2,0 и апельсинов — 2,4%. Вместе с тем количество масла, как и его биохимический состав, заметно изменяются в зависимости от места и условий произрастания, возраста, абиотических факторов. В частности, указывается на значительное присутствие масла в кожуре мандаринов и лимонов — до 2,5% [2]. При этом выход его после выделения методом холодного прессования составляет 0,5-0,7% от абсолютно сухой массы [3].

Известно, что плоды цитрусовых культур не имеют климактерической фазы развития (период созревания после уборки урожая), что обусловливает ухудшение качества плодов в процессе хранения. По этой причине в зарубежных странах практикуется их непосредственная переработка в соки и другие продукты. По литературным данным известно, что после четырехмесячного хранения концентрация масла в кожуре снижается: у апельсинов — на 24%,

56 ПИВО и НАПИТКИ 5 • 2013

го 43 # Ж

05 ф x

H CA 43 а го

о О g ф x

g h CA 0" я

рч ж 43

л ж H о

ж 05 Sa го

о я H Ж ф

Sa ф Sa О ta ж го ж Я о ta ta ф I ж

g О Е О

а го ф CA d"

рч о о 43 X

о H à т ж о 05 ж 43 05

ж о H — Ж

ta ф СИ ф

J= ж H Ж О т g Е ■в-■в- ф ж

43 о ta ф о

><¡ Sa рч о ь ф ta

о о ГО о Е а я H ж го

43 ф ж 0" О

^ Е 43 го

а ф ф 05

Ж to Е ^

я q

я 43 M РЧ J=

s 5

ф я

M

-о

M H

о го

ж s а

■в-

ф 43

g ф

ж

H

H

о

® О

43 г

05 ^

Й о

M —

О ?

g Cd

н -о в

о ф m

h h s

S

° ^ V,

Со Ж ф

Ж g

ф В -о ж м я ч о

о

H я

"о о

X 05 ^

Ж РЧ <-<

X d J=

Ж ^ ГО ся ж 0"

ф

M

H _

V s

ГО о

2 X ж

0 О

1 s I

ф ^ нгн

s ^ s

§ ГО43

m '-'05

го о

Е I н

X I 05 Ж

ж

ж ж е

0 * X н го ш

ГО ф ^

1 Е °

1 1-3

■Он g П »

. о ^43 го

05 • •

р го

ГО .

го g

ф ф

ф

О ^

sa g

e g

Со er

? я

§ Е

го 5

со СО

s »

ж 5 ж

ел ж

Ж -

О т

X ж

Ж ta

s ^

ж 2

л g

ф о

о ta

РЧ ^

ж Sa

ф ф

я i—

g «

05

"Э g

^ s

43 ж ф g

СЛ 05

отз ж ж

о

Ж ГО

я Е

ф X

ж g

о _2

Ja 43

ж °

л * ф —

" |-Э

■ « V, О ж

'g H □ ф

; ф g

43 я

ф ф

g 43 ф 05

го О

о H

ta Ж О го ж

Sa ф а

Ж 43 g

Я ф

о Ж

о H

Sa 05

ф H

т 43 ж го

<С ca ж <с

о S

о о ca

ж 43

со 05

g ca

ф о

Sa H

Е РЧ

л

ф Ж ж а я 43 о

X Ja О 43

ф

Sa

Sa Я

s ^

Sa ф

О =1

^ £

Я 43

5 05

S н

® £

Ж

X _ а\ 05

ж ж

О Ja

X 05

Ж 43

г ж ж о

05 О

Ж

Д m

ф ГО

О Е

g X

о *

о о

о 43

о О

3 X

05

ГО Ж

05 О

го е

tn X

Sa О

а ч

S о

о Е Ja

о а о

о го го

4 Sa '

05 ф

го ^ 05 g

-е- » iB ®

43 05 g Ж

Ф CA

о Sa

Ж H

о

ГО ф Ja си Sa bQ.

a -e-

j ф

Ж Я

я

ф

рч

H

ж ж о го е X

о го

ф ф

s ß -

Ф ф с

^ о Ф

ф н а;

43 го я

м м ¿

о> s 2

d s ^

рч о ж

s -е- s

г; го

Sa

05 р5

Я 2

g S

о ж ж S

2D

ь

05

О О

я

о о о

05 £

Ю аГ

43 Sa 05 Е Ja

J= Ж H 43

<C

О О

ca

о

H

РЧ

05 ф

Ja

05

J=

ж ж

43 05 О H Ж

H

ф

Sa crac о ж=

05

ж ж е

X

ж

g4 О Ж о

s* ф

X

ж

о Sa О

Ja О го

05

ж

ж ж= о о

о о РЧ H о о

РЧ о g J=

го^-ф

сл ^

^ я

о Sa

-С

ф

ж ж а

о о го ф ч

Sa

ф

Ж

ж е

X о о

g -в--Е ф

£ 43

п а

to

г>

ж ж

05 er

со

05 я

43

° I О

и- о

• • H

05

О 03

Оф

571 рч

о о

• g

я

Sa

ф

РЧ О 05

я ж

Г 05 о 43 -

3

m

S H Е О

43 ж

Ф 05

о s

о ST

СЛ g

ф Sa

4т- ф

оф

ф ф ф

Ж О Е н ><: ГО О

^43 g

РЧ ><;

н н -е-

2 ? "Г

н л тз

Ж Ф 5»

? s ^

Ï о Œ 2.° S Ж1- о ж

Е

О S а aj й

ö

— "в"

Э ф

ф рт pr H H ж

Ж ГО

ГО ^

О V.

о Со s

W h р

ж ф

X 1 -

о т

Sa

Й 05

2 ы ^

^ Sa

о Я

° s

го Í

Ж ^ „

Œ M 3 я

oll

H й =1

РЧ

ж

а 05 ГО 05

S - Й

0J

аз ж

1-S з

g g о

g ф Sa

S ï ?

g d

ÛD Ж

Я S

й 2 го

43 E

Ж X

Ж ся

О ф

ГО с

о- е

Я S

о ®

2 X

я о

я Й

^ я

Ж Е

о s

ел X

43 ГО

05 о

CA О

О о

H H

РЧ 05

ф го

Ja

ж

g м

ж я

РЧ ф

><; 43

1-1 ГО °

43 2

о s

J3 СО

ф h

О 05

о я

05 ф

Ja чз

ф йэ

2 ол

^ g

^ Е

Ж со

ж ><;

я д

н-1 аз

ф g

? ж

со СГ N3 >

Ь-ё - о

• s ^ ^

I Й1^

m S- с -—- "i з

ob ф §

оо а X

^ m i—^ С • • Итз Р1

Й- 3 °

-I о ^ ■ё

ч ф ■ рч

S-Si

РГ^ О Ж О CJ»

о ®

ГГ о

w В

^ ф

^ ж

- ж

43 ф ф to О W 05 S W О ф дч

Ж э

я 1 ü п

í: д

и- СИ

G д г

о я

G "о

ж ф

о я

ГО 05

Ж 43

Е 05

X 04

05 Г4

3 "О

3 »

ГО

Ja

го 2

Ù5 ГО

Ж »

Г1 m

ел Е

ф о

Я ы

3

5 ж

о л

о S

ф S

Ж= £

я S

ф ф

рч о

4 а

5 =i £ о

СО О

СИ

* ä

Ж g

го Ja

E Sa СЛ »

43 Я

05 чз

Ж о Е ГО

ф

"в- Ö

ф Ç

^ я

a s

^ аз

ф ^

Ж ж H о

ж р

Е й

ф ?

ta РЧ

Sa О

» g

° э

СЛ &

43 Ф

Ù5 ^

о 05

H я

рч ф

Ж РЧ

g 3

й Sa

ё ? S

V. л

S ф

ж о

О РЧ

го о

ж= °

Я ta

О g,.

Ä о

^ d

43 S

сг Ж

г а

G » ж

о о

H H

ГО ф

Ж 43

' ■ 05

си "ч

Ж 43

Ja 05

О ta

со

Е оо 05 S СО я

Ж ^43 " ГО §

43 ГО Ж 05 Sa НОЯ

2 S

Е О Я

Ж 43 g Ф

ф

ГО 43

& ж ж= Sa

О

о ж о го ж я Е ф ф РЧ H

ж -в-

Ж ф О 43

5 s

Е ф

ж Ф

£ я

Ф ьЭ

° V, ч ж го

-о

Р

г

3=

I I

°

I»

о >

1 I

ш

Иг

2 Г\3 с

"й

I I I

ГС

II1

Концентрация белковых веществ, мг/см3

Содержание РСВ,%

1\) ы ^ 1л о!

Выход экстракта, см3

ё К К К ё ё й

Содержание РВ, г/100 см3

1-ь 1\Э Ы 4?ч 1Л «-4

\

ГО

Рис. 2. Динамика деструкции некрахмальных полисахаридов в составе мандариновых корок

Установлено оптимальное время ферментативной обработки, которое составляет 120 мин. Дальнейшее проведение обработки нерационально, так как увеличение концентрации экстрактивных веществ остается на том же уровне, выход РВ и белковых веществ снижается вследствие их незначительной адсорбции на ткани.

В результате выход РСВ увеличен на 44,0-67,6%, редуцирующих сахаров — на 21,0-38,0, белковых веществ — на 23,0-30,6% от показателей в контрольном варианте (см. рис. 1). При этом ферментные препараты, имеющие в составе пек-толитического комплекса более высокую активность пектинэстераз-ного фермента (Extrapectsuperclar, Extrapectpress, Extrapectcolor), по показателям эффективности фер-ментолиза занимали промежуточное место между контрольным образцом и выбранными препаратами. Выход экстракта отмечен на одном уровне практически во всех фер-ментолизатах. В контрольном образце длительное насыщение сырья экстрагентом на протяжении 240 мин отразилось на снижении выхода экстракта (рис. 1, г).

С целью повышения клеточной проницаемости ткани представля-

лось целесообразным исследовать влияние ферментативной обработки мандариновой кожуры на изменение биохимических показателей полученных экстрактов. В качестве биокатализаторов были выбраны комплексные ферментные препараты Целловиридин Г20Х (Trichodermaviride), БрюзаймBGX (Trichodermalongibrachiatum), обеспечивающие разрушение структурных полисахаридов сырья, а также препарат кислых протеаз КФПА для деструкции белковых веществ в составе растительной ткани. Результаты представлены на рис. 2, а, б, в, г.

По результатам эксперимента выявлено, что наиболее эффективно на выходе РСВ и РВ отразилось действие препарата Целловиридин Г20Х (ЦВ): концентрация увеличена на 20,6 и 33% соответственно по сравнению с контролем через 120 мин обработки. Концентрация белковых веществ в экстрактах увеличилась в результате действия препарата КФПА на 19%, а также при использовании препарата БрюзаймBGX — на 14,7%. Полученные экспериментальные данные подтвердили эффективность выбранного времени гидролиза в течение 120 мин. Выход экстракта во всех

образцах, подвергнутых ферментативной обработке, был практически на одном уровне.

Анализ биохимического состава исследуемого сырья позволил обосновать состав мультиэнзимной композиции (МЭК) для деструкции клеточных стенок мандариновой кожуры. Установлено воздействие индивидуальных ферментных препаратов различной направленности на степень деградации основных структурных полимеров, при этом эффективность действия препаратов при составлении МЭК для ферментативного гидролиза может значительно меняться. Поэтому на следующем этапе работы исследовали эффективность действия препаратов при их совместном применении в составе МЭК.

В работе использовали изученные на предыдущем этапе пектолитиче-ские ферментные препараты в комплексе с гидролазами для деструкции нейтральных полисахаридов мандариновых корок.

Изучение комплексного использования препаратов для обработки мандариновых корок показало, что наиболее эффективным оказался комплекс, содержащий Пектина-зу 1 в качестве источника пектоли-тических ферментов (соотношение

58 ПИВО и НАПИТКИ 5 • 2013

ИНГРЕДИЕНТЫ для ПРОИЗВОДСТВАПИВА и НАПИТКОВ

эндо-ПгС: ПэС — 1:3,1), при этом выявлено повышение выхода РСВ на 29,4-111,8%, РВ — на 23,8181,0%, выход экстракта увеличивался на 4,0-21,8% по сравнению с контролем. Для разрушения нейтральных полисахаридов в структуре сырья эффективными оказались оба из изученных препаратов ге-мицеллюлазного действия. При использовании препарата Целловири-дин в составе комплекса повышение концентрации РСВ составило 29,4111,8%, концентрации РВ увеличивалась на 23,8-171,4%; в комплексе с Брюзайм концентрация РСВ возрастала на 23,5-100,0%, РВ — на 31,0-181,0% по сравнению с показателями контрольного образца.

Содержание в структуре исследуемого сырья белковых веществ позволило предположить вероятность повышения клеточной проницаемости мандариновой кожуры вследствие использования ферментов протеолитического действия. В связи с этим на следующем этапе исследований рассмотрели эффективность применения МЭК, состоящей из пектолитических, гемицел-люлолитических и протеолитиче-ских ферментов.

Полученные экспериментальные данные подтвердили эффективность препарата Пектиназа 1 в составе МЭК. Определено, что применение ферментов протеолитического действия не приводит к повышению эффективности биокатализа, по-

I I Выход экстракта, см3

I I Концентрация растворимых сухих веществ, % I I Редуцирующие углеводы, г/100 см3

Рис. 3. Эффективность подобранного МЭК для обработки мандариновых корок

вышение концентрации РСВ отмечено не более чем на 2,9%, а РВ — на 0,9% по сравнению с аналогичными комплексами, но без внесения протеаз. При этом экспериментально установлено снижение дренажных свойств мандариновых корок при отделении твердой фракции от жидкой, а вследствие этого незначительное снижение биохимических показателей полученных экстрактов.

Таким образом, в результате научно-исследовательской работы подобран МЭК для обработки мандариновых корок при получении экстрактов, состоящий из полигалак-туроназы и пектинэстеразы (1:3,1) и гемицеллюлаз (рис. 5).

Как было сказано ранее, мандариновая кожура — богатый источник пищевых и биологически активных веществ, поэтому представилось интересным изучить степень извлечения ценных биологических веществ после биокатализамандариновых корок под действием подобранного МЭК (рис. 6).

Использование МЭК, состоящего из препарата Пектиназа 1 и Брюзайм BGX, позволяет извлечь до 74,3% нарингина и 92,1 % пектиновых веществ от исходного содержания данных веществ в мандариновой кожуре.

Таким образом, в результате исследований выявлено оптимальное соотношение уровней пектолити-ческих активностей в препарате для эффективной деструкции ман-

100 90 80 70 60 50 -40 30 20 10 0

I I Контроль □ ПкС+ ЦВ I I ПкС + Брюзайм

Рис. 4. Влияние ферментолиза полимеров на степень извлечения БАВ мандариновых корок

дариновой кожуры, которое составляет полигалактуроназа: пектинэ-стераза — 1:3,1; экспериментально подтверждена эффективность применения МЭК, состоящей из пектоли-тических ферментов и комплексного препарата гемицеллюлолитического действия для деструкции полимеров мандариновой кожуры с целью извлечения до 74,1% пектиновых веществ и 92,1% биофлавоноидов от их исходного содержания в сырье для повышения биологической полноценности продуктов питания и напитков.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лобанова, А. А. Исследование биологически активных флавоноидов в экстрактах из растительного сырья /А. А. Лобанова, В. В. Будаева, Г. В. Сакович//Химия растительного сырья. — 2004. — № 1. — С. 47-52.

2. Oderinde, R. Evalution of properties of oils of citrus fruits wasters/R. Oderinde//Riv. Ital. Sostanzgrasse. — 1988. — Vol 65. — № 7. — P. 501-508.

3. Булдаков, А. С. Пищевые добавки: Справочник/А. С. Булдаков. — СПб.: «Ut», 1996. — 240 с.

4. Акопян, В. Б. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами/В. Б. Акопян, Ю. А. Ершов. — М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2005. — 224 с.

5. Биокатализ как способ совершенствования традиционных технологий переработки плодово-ягодного сырья / Л. В. Римарева [и др.]//Сб. «Современные биотехнологии переработки сельхозсырья и вторичных ресурсов». — Углич: Россельхозакадемия, 2009. — С. 163-165.

6. Эффективные биокатализаторы в технологии переработки мандаринов/Л. В. Рима-рева [и др.]//Материалы докладов Всероссийской конференции «Пищевые добавки и современные технологии переработки сельскохозяйственного сырья». — СПб., 2011. — С. 118-120.

7. Исследование оптимальных условий ферментативной обработки яблочной мезги при производстве полуфабрикатов ли-кероводочных изделий / Е. И. Курбатова [и др.]//Производство спирта и лике-роводочных изделий. — 2005. — № 4. — С. 15-20.

8. Донченко, Л. В. Технология пектина и пек-тинопродуктов/Л. В. Донченко. — М.: Дели, 2000. — 190 с.

9. Кислухина, О. В. Ферменты в производстве пищи и кормов/О. В. Кислухина. — М.: ДеЛипринт, 2002. — 336 с. &

5 • 2013

ПИВО и НАПИТКИ 59