сотрудник с 01.01.1992 по 01.01.2025
Москва, Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Москва, Россия
Рациональный подход к способу воздействия на растительную ткань является крайне важным аспектом для извлечения биологически активных компонентов и сохранения их природной ценности. Цель работы – разработка биотехнологического способа получения полуфабрикатов с повышенным содержанием пищевых и биологически активных веществ как основы для получения напитков сбалансированного состава. Количественный и качественный состав биологически активных компонентов в полученных ферментолизатах и концентратах исследовали различными спектрофотометрическими, колориметрическими и титриметрическими методами анализа. В ходе исследований выявлена возможность повышения выхода биологически активных компонентов в экстракты в результате направленного ферментативного гидролиза полимеров клеточных стенок плодово-ягодного сырья. Установлено, что мультиэнзимные композиции, состоящие из пектиназы, протеазы, β-глюканазы для яблочного сырья и пектиназы и β-глюканазы для обработки сырья из черной смородины, позволяют увеличить выход фенольных веществ, витамина С и редуцирующих углеводов. Так, в ферментолизате черной смородины, в отличие от сока, концентрация фенольных веществ была увеличена в 7,5 раза, а витамина С – в 2 раза. Экспериментально показана возможность получения концентрированных форм ингредиентов с применением современных методов мембранных технологий. Подобрана оптимальная степень концентрирования ферментолизатов с сохранением органолептических характеристик и содержанием биологически активных веществ (БАВ). Для концентрата черной смородины концентрация растворимых сухих веществ (РСВ) составила 64,8 %, для яблок – 58,2 %. Наработана экспериментальная партия концентратов из плодово-ягодного сырья и изучен их биохимический состав. Полученные ингредиенты будут использованы в качестве основы для создания натуральных напитков сбалансированного состава.
растительное сырье, ферменты, биокатализ, напитки из натурального сырья, концентрирование, фильтр-картон, мембраны, биологически ценные компоненты, ингредиенты.
Введение. В последние десятилетия развития предприятий агропромышленного комплекса отмечается расширение ассортимента продуктов питания и БАД на основе использования возобновляемых источников сырья, а также вторичных сырьевых источников. При этом особое внимание уделяется вопросам повышения эффективности использования сырьевых источников растительного происхождения с применением различных способов предобработки (УЗ, СВЧ, низкотемпературная обработка, термошок и т. д.) [1]. Ценность плодов и ягод определяется широким спектром находящихся в них натуральных пищевых ингредиентов (полифенолов, витаминов, каротинов, минеральных, пектиновых веществ), способных поддержать на должном уровне координированную работу физиологических и регуляторных систем организма [2]. Особо важное значение имеют вещества фенольной природы, способные проявлять противовоспалительные, антибактериальные свойства, высокую антиоксидантную способность, существенно снижать проницаемость клеток капилляров и т.д. [3–5]. Рациональный подход к подбору способа воздействия на растительную ткань является крайне важным аспектом для извлечения биологически активных компонентов и сохранения их природной ценности. Особенности тканевого строения растительного сырья, а также локализация биологически ценных веществ в структуре сырья требуют тщательного исследования для извлечения их в растворимую форму.
Цель исследования. Разработка биотехнологического способа получения полуфабрикатов с повышенным содержанием пищевых и биологически активных веществ как основы для получения напитков сбалансированного состава.
Задачи исследования: исследовать биохимический состав ферментолизатов яблочного и черносмородинового сырья; зависимость биохимического состава ферментолизатов от степени концентрирования; оценить влияние степени концентрирования на выход биологически активных веществ.
Материалы и методы исследования. Количественный и качественный состав биологически активных компонентов в полученных ферментолизатах растительного сырья изучали следующими методами: редуцирующие вещества (РВ) – методом Шомоди-Нельсона [6]; содержание витамина С – титриметрическим методом согласно ГОСТ 24556-89 [7]; содержание общих фенольных веществ – методом Фолина-Чокальтеу [8]; растворимых сухих веществ – рефрактометрическим методом [9]; содержание аминного азота – титриметрическим методом, описанным в ОФС.1.2.3.0022.15 [10].
Объектами исследований являлись ферментолизаты яблочного (источники витаминов С, Bl, В2, Р, Е, бета-каротина, микро-, макроэлементов, пектиновых веществ, моно-, ди-, олигосахаридов, органических кислот, флавоноидов) и черносмородинового сырья (источник витаминов С, В, Р, провитамина А, органических кислот, моно-, ди-, олигосахаридов, гликозидов, флавоноидов, пектиновых, дубильных, антоциановых веществ, флавонолов и азотистых веществ, полиненасыщенных жирных кислот в семенах).
Статистическую обработку экспериментальных данных, полученных в результате трехкратной повторности, проводили с применением стандартной программы MS Excel.
Результаты исследования и их обсуждение. На предыдущих этапах исследования нами было изучено влияние ферментативной обработки на степень деструкции полимеров плодово-ягодного сырья, выявлены наиболее эффективные мультиэнзимные композиции для биокатализа клеточных полимеров, состоящие из пектиназы, протеазы, β-глюканазы для яблочного сырья, а также пектиназы и β-глюканазы для обработки сырья из черной смородины. В качестве ферментных препаратов использовались Пектофоетидин Г20Х – источник пектолитических ферментов, Целловиридин Г20Х – источник гемицеллюлолитических ферментов и Амилопротооризин Г20Х – источник протеолитических ферментов. Все ферментные препараты отечественного производства, получены на опытно-промышленной установке ООО «Биопрогресс» г. Щелково. Исследовано влияние технологических параметров ферментолиза плодово-ягодного сырья (температура, длительность) на выход биологически ценных компонентов, экспериментально выявлены оптимальные условия: температура процесса 48–52 °С и длительность 1,5–2,5 часа, обеспечивающие повышение выхода жидкой фракции гидролизата с сохранением нативного состояния биологически ценных компонентов.
С использованием подобранных ферментных препаратов и разработанных условий их каталитического воздействия на плодово-ягодное сырье наработана опытная партия ферментолизатов с повышенным содержанием БАВ, изучен их биохимический состав (табл. 1).
Таблица 1
Биохимический состав ферментолизатов плодово-ягодного сырья
|
Вид сырья |
СВ, ٪ |
рН |
Фенольные соединения, мг/١٠٠см³ |
РВ, мг/١٠٠см3 |
Витамин С, мг/дм3 |
|
Черная смородина |
14,2+0,7 |
2,8+0,1 |
723,0+35,9 |
221,5+11,1 |
320,5+16,0 |
|
Яблоки |
11,8+0,6 |
3,8+0,2 |
96,0+4,8 |
310,1+15,5 |
157,2+7,9 |
Полученные ферментолизаты различались в основном по содержанию фенольных веществ и витамина С. Ферментолизат черной смородины содержал в 7,5 раза больше фенольных веществ и в 2,0 раза витамина С (см. табл. 1).
Необходимым аспектом в технологическом процессе получения натуральных изделий на основе плодово-ягодного сырья является обеспечение сохранности пищевой и биологической ценности природных компонентов, а также стабильности коллоидного состояния используемых полуфабрикатов. Одним из наиболее эффективных способов, используемых для достижения этой цели, является концентрирование с применением мембранных процессов [11, 12].
В настоящих исследованиях с целью получения концентрированных форм обогащенных ферментолизатов была изучена зависимость биохимического состава конечной формы полуфабриката от разрешающей способности фильтрующих материалов, а также режимов вакуум-выпаривания. В работе исследовали фильтрующие материалы отечественного производства: мембраны марки УПМ-10,
УПМ-20, УПМ-100, УПМ-200, фильтр-картон марки
DKF-3. В качестве критериев оценки эффективности процесса концентрирования рассматривали зависимость содержания биологически ценных компонентов в ультраконцентратах ферментолизатов плодово-ягодного сырья от конечной концентрации в них растворимых сухих веществ (РСВ) (рис. 1).
Рис. 1. Зависимость биохимического состава концентрата из черной смородины
от степени концентрирования ферментолизата
Изменение показателей полученных концентратов из ферментолизата черной смородины в отношении биологически активных компонентов от степени концентрирования показало линейную зависимость сохранения БАВ в ферментолизате. В качестве оптимальных условий выбрана степень концентрирования в 10,25 раза (до концентрации РСВ 64,8 %). Концентрирование до более высоких значений РСВ приводит к снижению эффективности работы мембраны, а также ухудшает реологические свойства получаемого полуфабриката. В связи с тем, что значение рН продукта отражается на его органолептической оценке, экспериментально подтверждено, что использование выбранных режимов фильтрации существенно не влияет на изменение вкусовых показателей продукта: рН ультраконцентрата практически не изменялось.
Аналогичные исследования были проведены с ферментолизатом, полученным на основе яблочного сырья (рис. 2).
Рис. 2. Влияние степени концентрирования ферментолизата яблочного сырья
на выход БАВ из яблок
Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о рациональности концентрирования яблочного ферментолизата до концентрации РСВ = 58,2 %, при этом рН ультраконцентрата находилось в пределах допустимых значений 3,0–3,5 усл. ед., что соответствует кисло-сладкому вкусу и не будет влиять на органолептические показатели получаемых продуктов.
Наработана экспериментальная партия концентрированной формы ферментолизатов плодово-ягодного сырья в качестве основы для создания образцов напитков сбалансированного состава, а также в качестве корректирующих компонентов биологической полноценности получаемых продуктов и изучен их биохимический состав (табл. 2).
Таблица 2
Биохимический состав полученных концентрированных форм ингредиентов
|
Вид сырья |
СВ, ٪ |
рН |
Аминный азот, мг٪ |
Фенольные соединения, мг/١٠٠ см³ |
РВ, мг/١٠٠ см³ |
Витамин С, мг/дм³ |
|
Черная смородина |
64,8+3,2 |
2,6+0,1 |
7420,0+371,0 |
7035,2+351,8 |
2265,7+113,3 |
283,2+14,2 |
|
Яблоки |
58,5+2,9 |
3,2+0,2 |
80,5+4,0 |
958,8+47,9 |
2998,8+149,9 |
482,2+24,1 |
Выводы. Исследован биохимический состав ферментолизатов из яблок и черной смородины. С применением современных мембранных процессов получены концентрированные формы полуфабрикатов для напитков. Напитки, получаемые на основе концентрированных форм ингредиентов из плодово-ягодного сырья, будут перспективны для употребления всех групп населения, так как в них идеально сочетается вкусо-ароматическая составляющая и широкий спектр необходимых биологически активных веществ.
1. Домарецкий В.А. Технология экстрактов, концентратов и напитков из растительного сырья: учеб. пособие. М.: Форум, 2011. 448 с. (Высшее образование).
2. Тутельян В.А. Пищевые ингредиенты в создании современных продуктов питания / под ред. В.А. Тутельяна, А.П. Нечаева. М.: ДеЛи плюс, 2014. 520 с.
3. Быстрова Е.А. Исследование компонентного состава фенольных соединений и антиоксидантной активности брусничного сока // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2017. Т. 7. № 3 (22). С. 19–26.
4. Корулькин Д.Ю., Абилов Ж.А., Музычкина Р.А. и др. Природные флавоноиды / Рос. акад. наук, Сиб. отд., Новосиб. ин-т органической химии. Новосибирск: Тео, 2007. 232 с.
5. Тынянина И.И. Разделение, концентрирование и анализ антоцианов и бетацианинов в экстрактах растительного сырья с применением оптических и хроматографических методов: дис. … канд. хим. наук: 02.00.02. Белгород, 2015. 147 с.
6. ОФС.1.2.3.0022.15. Определение аминного азота методами формольного и йодометрического титрования. М., 2015.
7. Синицын А.П., Черноглазов В.М., Гусаков А.В. Методы исследования и свойства целлюлолитических ферментов. М.: ВИНИТИ, 1990. Т. 25. С. 30–37.
8. Волков А.И., Жарский И.М. Большой химический справочник. М.: Советская школа, 2005. 608 с.
9. ГОСТ ISO 2173-2013. Продукты переработки фруктов и овощей. Рефрактометрический метод определения растворимых сухих веществ. Введ. 01.07.2015. М.: Стандартинформ, 2014. 14 с.
10. Латыпова Г.М., Романова З.Р., Бубенчикова В.Н. и др. Исследование качественного и количественного состава флавоноидных соединений густого экстракта первоцвета лекарственного // Химия растительного сырья. 2009. № 4. С. 113–116.
11. Кудряшов В.Л., Рабинович А.З., Павлова Е.С. и др. Разработка способа производства высокоочищенных яблочных соков на основе мембранных и биотехнологических процессов // Теоретические и практические аспекты развития спиртовой, ликероводочной, ферментной, дрожжевой и уксусной отраслей промышленности. М.: ВНИИПБТ, 2011. С. 263–270.
12. Кудряшов В.Л., Погоржельская Н.С., Лемтюгин А.И. и др. Использование экстракта шиповника в безалкогольных и алкогольных напитках и его производство с применением баромембранных процессов // Пиво и напитки. 2018. № 2. С. 70–75.
