Сравнение биотехнологических способов гидролиза пектиносодержащего сырья для получения пребиотических компонентов
Authors: Литовкина Д.А. , Каледина М.В. , Витковская В.П. , Волоскова Ю.В. 
Published: January 2025

Вторичное растительное сырье, содержащее пектин, может стать хорошим потенциальным источником получения новых пребиотиков – пектиновых олигосахаридов (ПОС). Однако в настоящее время нет единых подходов обработки вторичного растительного сырья для их получения: выбор оптимального метода зависит от конкретных целей производства, доступных ресурсов и технологических возможностей. Поэтому проведение исследований в данной области – актуальная задача. Цель работы – исследование процесса гидролиза пектиносодержащего сырья с использованием различных способов ферментативной обработки для получения пектиновых олигосахаридов. В работе показана возможность использования биотехнологического потенциала дрожжей Saccharomyces cerevisiae как естественного источника пектинолитических ферментов в сравнении с пектинолитическим ферментом Lallzyme-C max, содержащего высокую концентрацию 3 главных пектиназ. Объектами исследования являлись сывороточно-растительные смеси сухих яблочных выжимок и свекловичного жома с натуральной творожной сывороткой. Согласно результатам исследования, свекловичный жом не гидролизуется дрожжами Saccharomyces cerevisiae в исследуемых условиях. Однако дрожжи Saccharomyces cerevisiae хорошо адаптируются в среде с яблочными выжимками. Прирост биомассы дрожжей составил 250 % через 72 ч ферментации, выход пектиновых веществ достигал 0,75 г/100 г и постепенно снижался до 0,3 г/100 г смеси, что свидетельствует о постепенном гидролизе пектина и наличии продуктов гидролиза пектина с более низкой молекулярной массой. Одновременно снижается вязкость экстрактов на 20 % относительно старта. При использовании фермента Lallzyme-C max установлено, что при температуре 20…30 °С, концентрации фермента 10 мг%, рН=3,5–4,5, соотношении сыворотки к пектиносодержащему сырью 1:15 вязкость смеси снижается за 5–6 ч до конечного значения. В общем составе углеводов при внесении в смеси с яблочными выжимками пектолитического фермента Lallzyme-C max доля олигосахаридов средней молекулярной массы составила 48 и 32 % при замене экзогенного фермента на дрожжи Saccharomyces cerevisiae. При замене яблочных выжимок на свекловичный жом и обработке смеси ферментом Lallzyme-C max доля олигосахаридов средней молекулярной массы снизилась до 11 %. Оценка гидролитического расщепления пектиносодержащего сырья при совместном воздействии дрожжей и экзогенного пектолитического фермента выявила отсутствие выраженного синергетического эффекта. При этом образцы с яблочными выжимками гидролизованными дрожжами и обработанные ферментным препаратом Lallzyme-C max имели одинаково выраженный пребиотический эффект, они стимулировали рост и повышали жизнедеятельность бифидо- и лактобактерий в условиях in vitro.

Secondary plant raw materials containing pectin can become a good potential source for obtaining new prebiotics which is pectin oligosaccharides (POS). However, at present there are no unified approaches to processing secondary plant raw materials for their production. The choice of the optimal method depends on the specific production goals, available resources and technological capabilities. Therefore, conducting research in this area is an urgent task. The purpose of the work is to study the process of hydrolysis of pectin-containing raw materials using various methods of enzymatic treatment to obtain pectin oligosaccharides. The work shows the possibility of using the biotechnological potential of the yeast Saccharomyces cerevisiae as a natural source of pectinolytic enzymes in comparison with the pectinolytic enzyme Lallzyme-C max, which contains a high concentration of the three main pectinases. The objects of the study are whey-vegetable mixtures of dry apple pomace and beet pulp with natural curd whey. According to the results of the study, beet pulp is not hydrolyzed by the yeast Saccharomyces cerevisiae under the studied conditions. However, the yeast Saccharomyces cerevisiae adapts well to apple pomace environments. The increase in yeast biomass has been 250 % after 72 hours of fermentation, the yield of pectin substances has reached 0.75 g/100 g and gradually decreased to 0.3 g/100 g of the mixture, which indicates the gradual hydrolysis of pectin and the presence of pectin hydrolysis products with a lower molecular weight mass. At the same time, the viscosity of the extracts decreases by 20 % relative to the start. When using the Lallzyme-C max enzyme, it has been found that an enzyme concentration of 10 mg%, pH is 3.5–4.5, a ratio of whey to pectin-containing raw material of 1:15, the viscosity of the mixture decreases 5–6 hours before the final meanings at a temperature of 20…30 °С. In the total composition of carbohydrates, when the pectolytic enzyme Lallzyme-C max has been added to mixtures with apple pomace, the proportion of oligosaccharides of average molecular weight has been 48% and 32 % when replacing the exogenous enzyme with the yeast Saccharomyces cerevisiae. When replacing apple pomace with beet pulp and treating the mixture with the Lallzyme-C max enzyme, the proportion of oligosaccharides with average molecular weight decreased to 11 %. An assessment of the hydrolytic breakdown of pectin-containing raw materials under the combined influence of yeast and an exogenous pectolytic enzyme has revealed the absence of a pronounced synergistic effect. At the same time, samples with apple pomace with hydrolyzed yeast and treated with the enzyme preparation Lallzyme-C max equally had a pronounced prebiotic effect; they have stimulated the growth and increased the vital activity of bifidobacteria and lactobacilli in vitro.