Ферментативный гидролиз сырья для получения полуфабрикатов, применяемых в производстве напитков

Ферментативный гидролиз сырья для получения полуфабрикатов,

применяемых в производстве напитков

1З.В. Попова, С.Е. Траубенберг, М.В. Гернет

Московский государственный университет пищевых производств

В соответствии с Концепцией государственной политики в области здорового питания населения одно из важных направлений научных разработок — создание новых пищевых продуктов массового потребления с направленным изменением химического состава, соответствующим физиологическим потребностям организма человека. Это прежде всего обогащение такими нутриентами, как витамины, макро- и микроэлементы, органические кислоты, вещества, укрепляющие защитные функции организма, снижающие риски воздействия вредных веществ. В последнее время особое внимание уделяется обогащению безалкогольных и слабоалкогольных напитков, поскольку они составляют существенную часть пищевого рациона [1].

Производство и потребление безалкогольных напитков в мире имеет устойчивую тенденцию к росту. Так, их потребление составляет (л/год на 1 человека): в Германии — 195, США — 164, Бельгии — 129, Чехии — 110, Швеции — 55. Делая выбор в пользу того или иного продукта, потребитель все чаще отдает предпочтение следующим категориям: продукт должен обладать превосходными вкусовыми качествами, относиться к категории здоровой пищи, быть натуральным.

К сожалению, среднедушевое производство освежающих напитков и минеральных вод в России колеблется от 50 л в Москве и Санкт-Петербурге, до 10-12 л в Восточно-Сибирском и Дальневосточном экономических районах [2].

В ближайшие годы следует ожидать значительных темпов роста (20-25 % в год) минеральных вод и безалкогольных напитков.

Российские потребители и производители безалкогольных напитков в последнее время проявляют повышенный интерес к отечественным напиткам на натуральной основе из сырья, произрастающего в нашей стране. Одна из задач отрасли — использование экстрактов из лечебного растительного сырья и ягод, направленных на повышение сопротивляемости организма [3].

При производстве безалкогольных напитков большой интерес представляют соки (нектары), полученные из ягод брусники и клюквы, что связано с их химичес-

ким составом. В этих ягодах содержится большое количество калия и железа, микроэлементов, широкий спектр витаминов (в том числе С и Е) и органических кислот и т. д. Кроме того, в ягодных соках имеются некрахмалистые полисахариды — клетчатка, гемицеллюлоза, пектин. Брусника и клюква содержат бензойную кислоту, обладающую асептическим действием.

Важнейшие проблемы пищевой промышленности в современных условиях — интенсификация технологических процессов, повышение выхода конечной продукции и улучшения ее качества. В последние годы практически все отрасли пищевой промышленности используют ферментные препараты. Многокомпонентные ферментные препараты отечественных производителей по эффективности действия не уступают, а в ряде случаев превосходят зарубежные аналоги.

Для получения соков из плодов и ягод широко применяют препараты, содержащие ферменты пектолитического и целлю-лолитического действия. Использование ферментативного гидролиза дает возможность, с одной стороны, увеличить выход сока, с другой — обогатить соки моносахаридами и углеводами, содержащими от 2 до 10 остатков моносахаридов, которые способны положительно воздействовать на организм человека через селективную стимуляцию роста и активность микрофлоры (бифидогенный фактор).

При выборе ферментного препарата целлюлолитического действия нами учитывалась способность фермента адсорбироваться на субстрате. Целлюлолитичес-кие ферменты обладают способностью прочно адсорбироваться на целлюлозе, и эта стадия предшествует всем последующим при биодеградации целлюлозы. Активность биокатализаторов, адсорбированных на поверхности твердых носителей, может значительно отличаться от их активности в растворе вследствие конфор-мационных изменений белковой молекулы при взаимодействии с поверхностью, изменений микроокружения фермента, а также возникновения белок-белковых взаимодействий.

Максимальная адсорбция ферментов происходит при величине рН 3,5-5,0 (что зачастую очень близко к величине рН

•> г опт

действия фермента), которая увеличивается с понижением температуры [4, 5].

Исследованиями, ранее проведенными в нашей стране, показано, что одни и те же ферменты (но из разных источников) в сотни и тысячи раз отличаются по способности адсорбироваться на целлюлозе. Чем большее количество фермента непосредственно участвует в гидролизе, тем больше выход продуктов гидролиза. Целлюла-зы, продуцируемые грибами T. longibra-chiatum и T. viride, практически, полностью адсорбируются на целлюлозе [6]. В связи с вышеизложенным для исследований мы выбрали препарат Целловиридин Г20х, в качестве микроорганизма для продуцирования ферментов которого используют гриб Т.viride.

Помимо целлюлаз широкое применение имеют гемицеллюлазы, субстраты действия которых — ß-глюканы, глюко-маннаны, маннаны, ксиланы и другие соединения. Гриб Aspergillus foetidus образует богатый комплекс ферментов, которые активно расщепляют не только геми-целлюлозы, но и целлюлозы, крахмал, белки, пектиновые вещества. Комплекс ферментов, продуцируемый этим грибом, уникален, так как способен катализировать гидролиз клеточного «матрикса» растений и плодов. Многие исследователи, работающие с препаратом Ксилакомом (Ксило-глюканофоетидином) П10х, получаемый с использованием A. foetidus, отмечали его многофункциональные каталитические достоинства.

Процесс гидролиза пектиновых веществ имеет большое значение для переработки плодов, ягод и овощей. Эта группа ферментов включает две подгруппы: ферменты, гидролизующие пектиновые вещества с участием воды; негидролитические ферменты, принадлежащие к классу лиаз, осуществляющие расщепление без участия воды с образованием двойной связи в продуктах расщепления. К продуцентам первой подгруппы ферментов следует отнести грибную культуру Aspergillus foetidus, с помощью которой получают ферментный препарат Пектофоетидин П10х, широко применяемый в отечественной промышленности.

Показатели основных ферментативных активностей в выбранных нами ферментных препаратах и оптимальные условия их действия представлены в табл. 1.

В практике применения ферментных препаратов в пищевой и других отраслях промышленности сложилась тенденция их использования в процентах к массе гидро-лизуемого (если иметь в виду гидролитические ферменты) сырья. Это обстоятельство затрудняет применение экспериментальных данных разных авторов для последующих внедрений при условии, если будут применяться препараты с другим каталитическим комплексом. Поэтому мы считаем более правильным и целесообраз-

ПИ

2005

Таблица i

Основные ферментативные активности в препаратах, ед/г Ферментные препараты

Целловиридин Г20х Ксилаком П10х Пектофоетидин П10х

Ферменты целлюлозолитического и гемицеллюлазного действия

Общая целлюлазная активность, по гидролизу фильтровальной бумаги (АФБ) 420 13 6

Активность по гидролизу Na-KMЦ 1300 620 130

Эндоглюканаза 700 440 150

Р-Глюкозидаза 20 1500 10

Ксиланаза 1900 4000 —

Ферменты1 пектолитического действия

Эндополигалактуроназа — — 90

Экзополигалактуроназа — — 320

Общая пектолитическая активность — 36 56

ДиапазоныI (t и рН) действия ферментны/х препаратов

t 50-55 4,5-5,0 35-45

рН 4,5-5,5 4,5-5,0 3,5-4,5

Вариант опыта

Клюква Брусника

Показатель Пектофоетидин П10х Пектофоетидин П10х, Целловиридин Г20х, Ксилоглюканофоетидин П10х Пектофоетидин П10х Пектофоетидин П10х, Целловиридин Г20х, Ксилоглюканофоетидин П10х

Сухие вещества, % 13,4 15,3 12,9 14,7

Выход сока, % 72,0 73,0 70,2 70,7

Редуцирующие сахара, г/100 см3 4,4 5,9 8,9 9,9

ным использовать ферментные препараты по их ферментативным активностям и вести пересчет не по массе препарата, а исходя из их каталитической активности.

Данные по выходу сока (с ферментом и без него) из ягод клюквы и брусники представлены на рис. 1. Эксперименты проводили следующим образом: ягоды дробили; мезгу подогревали до температуры 45 °С; рН доводили до 4,0, добавляя при необходимости лимонную или янтарную кислоту, в одну из проб (опыт) добавляли ферментный препарат Пектофоетидин П10х из расчета 4,0 ед/г общей пектолитической активности. Дозировка была выбрана, исходя из ранее проведенных исследований. Максимальная длительность обработки с ферментом составляла 4 ч. Затем смесь нагревали до 80 °С и прессовали.

Как следует из рис. 1, длительность гидролиза 2 ч считается оптимальной, так как дальнейшее увеличение времени, практически не приводит к увеличению выхода сока. Использование ферментного препарата позволяет увеличить выход сока из клюквы и брусники на 8-10 %.

Количество пектина в соке брусники и клюквы составило 0,15 и 0,17 г/100см3 (рис. 2). В исходном сырье оно было 0,95-1,3 %.

Сок, полученный с использованием Пек-тофоетидина П10х, имеет большее количество сухих веществ, сахаров, отличается меньшей скоростью фильтрации и лучшими органолептическими показателями. Применение комбинированной ферментно-тепловой обработки увеличивает сокоотда-

0 12 3 4

Время гидролиза, ч

--опыт 1;--опыт 2;

--контроль 1;--контроль 2

Рис. 1. Влияние ферментного препарата Пектофоетидина П10х на выход сока из клюквы

Таблица 2

чу, что свидетельствует о целесообразности такого воздействия.

В зависимости от химического состава клеточной структуры растений и ягод для проведения ферментативного гидролиза используют различные ферментные препараты и мультиэнзимные композиции (МЭК). Так, например, для гидролиза надземных частей растений применяют в основном целлюлолитические и ци-топектолитические препараты ферментов, а для гидролиза сырья, содержащего большое количество пектиновых веществ, — пектоцитолитический комплекс ферментов.

Для изучения действия композиции ферментных препаратов на ягоды клюквы и брусники гидролиз вели в течение 2 ч при температуре 50 °С и рН 5,5. Дозировку ферментных препаратов Целловиридин Г20х и Ксилоглюканофоедитин П10х выбирали на основании ранее проведенных исследований, в результате которых было установлено, что максимальное накопление редуцирующих веществ через 2 часа гидролиза наблюдается при дозировке Цел-ловиридина Г20х 1,5 ед. АФБ/г клетчатки, Ксилоглюканофоетидина П10х — 3,0 ед. АФБ/г клетчатки, Пектофоетидина П10х — 1,4 ед. ПкА/г мезги.

Об эффективности такой обработки судили по выходу сока и уровню накопления РВ в гидролизате. Результаты исследований представлены в табл. 2.

Полученные данные показывают, что выход сока при использовании композиции ферментных препаратов увеличивается

0,175

и 0,17

о

< 0,165

0,16

h

<и 0,155

ф

m 0,15

*

0,145

о

014

1

~г

I

-г

Время гидролиза, ч  Клюква  Брусника

Рис. 2. Влияние ферментного препарата Пектофоетидина ПЮх на содержание пектина в экстрактах клюквы и брусники

незначительно, но существенно (на 34 %) увеличивается содержание РВ в соке из ягод клюквы, на 12 % — в соке из ягод брусники.

На основании проведенных исследований разработаны технологические рекомендации по проведению ферментативной обработки ягод клюквы и брусники для применения при производстве безалкогольных и слабоалкогольных напитков, а также пива специального.

ЛИТЕРАТУРА

1. Спиричев В.Б. Обогащение пищевых продуктов веществами. Наука и технология. — Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2004.

2. Беличенко А.М. Перспективы развития безалкогольной отрасли//Пиво и напитки. 2000. № 3. С. 11-13.

3. Основы управления инновациями в пищевых отраслях АПК (наука, технология, экономика)/Под ред. В.И. Тужилкина — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательский комплекс МГУПП, 1998.

4. Черноглазое В.М. Адсорбция целлюлолитических ферментов на целлюлозе и каталитические свойства адсорбированных ферментов: Автореф. дис... канд. хим. наук. — М., 1983.

5. Грачева И.М., Кривова А.Ю. Технология ферментных препаратов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Элевар, 2000.

2•2005

ПИВО " "ЛПИТКИ