Магас, Россия
Цель исследования – изучение влияния ферментативной обработки плодово-ягодного сырья при производстве спиртованных соков, морсов, виноматериалов на показатели яблочного сока. Задачи: изучение действия пектолитических препаратов на яблочную мезгу; проведение скрининга эффективных ферментативных систем, осуществляющих гидролиз полимеров растительного сырья. Приведены данные, отражающие эффективность применения ферментов различной специфичности действия на выход яблочного сока и его вязкость. В качестве ферментов были использованы β-глюканаз, пектиназ и протеаз, что способствовало более высокой сокоотдаче. При этом было установлено, что повышение расхода β-глюканазы сверх рационального способствовало увеличению глубины гидролиза гемицеллюлоз, но снижало при этом эффективность сокоотдачи. Воздействие ферментов пектолитического комплекса было эффективнее, чем ферментов протеолитического, гемицеллюлазного и целлюлолитического действия. В результате проведенных экспериментов было установлено, что ферменты целлюлолитического действия, гидролизуя структурные полисахариды растительной клетки, способствуют увеличению сокоотдачи сырья, не оказывая существенного влияния на снижение вязкости сока, и даже в некоторых случаях приводят к ее увеличению. Приведенные графические кривые влияния ферментативных комплексов различной специфичности действия на выход яблочного сока показывают, что все испытанные показатели оказывали влияние на увеличение выхода сока и его экстрактивность. При этом менее эффективны были ксиланаза и целлюлаза: количество сока, образуемое после слива без прессования, так называемого «сока-самотека», увеличивалось только на 23 и 35 % соответственно.
пектолитический комплекс, ферменты, β-глюканаз, пектиназ
Введение. В настоящее время одним из важных аспектов развития виноделия является повышение рентабельности производства и создание высококачественной и конкурентоспособной винодельческой продукции. Поэтому разработка современных биотехнологических способов переработки плодово-ягодного сырья, обеспечивающих интенсификацию процессов получения сока, повышение выхода и качества готовой продукции, является актуальным и перспективным направлением НИР.
В получении высокого качества виноматериалов в виде плодовых соков важная роль принадлежит обработке сырья ферментами. Приведенные в статье данные исследуемого плодово-ягодного сырья свидетельствуют о том, что наряду с ферментами пектолитического комплекса должны применяться также ферменты целлюлолитического, гемицеллюлазного и протеолитического действия [1].
Цель исследования – изучить влияние ферментативной обработки плодово-ягодного сырья при производстве спиртованных соков, морсов, виноматериалов на показатели яблочного сока.
Задачи: изучение действия пектолитических препаратов на яблочную мезгу; проведение скрининга эффективных ферментативных систем, осуществляющих гидролиз полимеров растительного сырья.
Результаты и их обсуждение. Вещества, формирующие вкус, специфику аромата и обуславливающие свойства растительных экстрактов, содержатся в клеточном соке растений и связаны с различными структурными элементами клеток и их оболочек. Поэтому при получении экстрактов из растительного сырья в первую очередь необходимо использовать ферменты [2], разрушающие клеточные стенки.
В зависимости от химического состава растительного сырья и его структурно-механических свойств ферментативную обработку необходимо проводить специально подобранными ферментативными комплексами, сочетая действие цитолитических ферментов с пектолитическими, протеолитическими, целлюлолитическими и амилолитическими.
На рисунках 1, 2 представлены данные, отражающие эффективность применения ферментов различной специфичности действия на выход яблочного сока и его вязкость.
Практически все испытанные показатели оказывали влияние на увеличение выхода сока и его экстрактивность [3]. При этом менее эффективны были ксиланаза и целлюлаза: количество сока, образуемое после слива без прессования, так называемого «сока-самотека», увеличивалось только на 23 и 35 % соответственно.
Рис. 1. Влияние ферментативных комплексов различной специфичности действия
на выход яблочного сока
Рис. 2. Влияние ферментативной обработки на выход и вязкость яблочного сока
Применение β-глюканаз, пектиназ и протеаз способствовало более высокой сокоотдаче [4, 5]. Количество сока под действием этих ферментов увеличивалось с 17 до 28; 26 и 25 см3 соответственно, а вязкость снижалась в 1,5–2 раза (рис. 2). Было установлено также, что повышение расхода β-глюканазы сверх рационального способствовало увеличению глубины гидролиза гемицеллюлоз, но снижало при этом эффективность сокоотдачи.
Наибольший эффект при получении виноматериалов из яблочного сырья оказывал мультиэнзимный комплекс, действие которого позволило увеличить общее количество сока после прессования с 65 до 78 см3, т. е. на 10–15 %. Также было отмечено увеличение содержания органических кислот в 1,2 раза, сухих веществ и улучшение органолептических показателей [6].
При совместном использовании подобранных ферментативных систем их расход существенно снижался, по-видимому, в результате синергизма действия ферментов на полисахариды и белковые вещества, а также на белково-углеводные комплексы и фенольные вещества яблочного сырья (табл. 1, 2).
Таблица 1
Влияние ферментных препаратов на показатели яблочного сока
|
Ферментный препарат |
Дозировка ФП, ед/100 г |
Динамическая вязкость, мПа·с |
Кислотность, г/100 см3 |
рН |
СВ, % |
Общие фенольные вещества, мг/дм3 |
Редуцирующие углеводы, мг/см3 |
Без ферментов |
– |
3,7 |
0,31 |
3,7 |
12,6 |
96,5 |
64,3 |
|
Пектофоетидин |
0,2 |
3,5 |
0,319 |
3,72 |
12,6 |
96,5 |
64,4 |
|
0,4 |
3,5 |
0,320 |
3,68 |
12,7 |
69,4 |
64,4 |
|
|
0,6 |
3,0 |
0,329 |
3,66 |
12,8 |
51,2 |
64,4 |
|
|
Пектинекс I |
0,2 |
2,90 |
0,360 |
3,66 |
12,8 |
30,9 |
64,4 |
|
0,4 |
2,48 |
0,382 |
3,64 |
13,0 |
36,5 |
65,2 |
|
|
0,6 |
2,30 |
0,390 |
3,62 |
13,8 |
33,3 |
65,7 |
|
|
Амилопротооризин (ПС) |
10 |
2,50 |
0,328 |
3,70 |
12,8 |
92,0 |
64,8 |
|
20 |
2,40 |
0,330 |
3,69 |
12,9 |
91,2 |
65,0 |
|
|
50 |
2,30 |
0,332 |
3,69 |
13,1 |
91,2 |
65,8 |
|
|
Целловиридин (ЦС) |
20 |
3,23 |
0,326 |
3,67 |
12,7 |
70,4 |
76,8 |
|
50 |
3,24 |
0,328 |
3,68 |
13,0 |
75,6 |
78,6 |
|
|
60 |
3,65 |
0,327 |
3,71 |
13,6 |
84,5 |
84,4 |
Здесь и далее: ФП – ферментный препарат.
Таблица 2
Влияние комплексного использования ФП пектолитического,
протеолитического и глюканазного действия на показатели яблочного сока
|
Ферментный препарат |
Дозировка ФП, ед/100 г |
Динамическая вязкость, мПа∙с |
Кислотность, г/100 см3 |
рН |
СВ, % |
Общие фенольные вещества, мг/дм3 |
Редуцирующие углеводы, мг/см3 |
|
Пектофоетидин (ПкФ) |
2,0 |
1,95 |
0,356 |
3,62 |
12,8 |
41,2 |
66,8 |
|
ПС |
10,0 |
||||||
|
ПкФ |
2,0 |
1,9 |
0,360 |
3,63 |
13,9 |
48,1 |
103,5 |
|
ЦС |
40,0 |
||||||
|
ПкФ |
1,0 |
1,87 |
0,366 |
3,65 |
13,5 |
47,6 |
107,8 |
|
ПС |
10,0 |
||||||
|
ГкС |
40,0 |
||||||
|
ПкФ |
1,0 |
1,80 |
0,395 |
3,69 |
13,1 |
41,4 |
105,8 |
|
ПС |
10,0 |
||||||
|
ГкС |
30 |
Следует отметить, что воздействие ферментов пектолитического комплекса было эффективнее, чем ферментов протеолитического, гемицеллюлазного и целлюлолитического действия. В результате проведенных экспериментов было установлено, что ферменты целлюлолитического действия, гидролизуя структурные полисахариды растительной клетки, способствуют увеличению сокоотдачи сырья, не оказывая существенного влияния на снижение вязкости сока, и даже в некоторых случаях приводят к ее увеличению [7]. Действие пектолитических ферментов оказалось более эффективным и привело к увеличению выхода сусла, а также снижению его вязкости. Ферментативная обработка яблочной мезги повышала не только выход сока при снижении его вязкости, но и увеличивала содержание органических кислот. Выход органических кислот связан с гидролизом структурных элементов клеточных стенок, прежде всего целлюлозы.
Влияние ферментного гидролиза на содержание общих фенольных веществ до конца не изучено и требует более глубокого исследования. Известно, что основными фенольными веществами в яблоках являются катехины и лейкоантоцианы – фракции фенольных веществ, наиболее склонные к окислению [8–10]. По-видимому, воздействие ферментов, приводящее к снижению их содержания в сусле, позволяет снизить вероятность окисления фенольных веществ и, как следствие, удлинить сроки хранения виноматериалов.
Таким образом, анализ полученных результатов действия ферментных препаратов с различной специфичностью и соотношением ферментативных активностей позволил подобрать рациональные дозировки ферментов для эффективного катализа полимеров яблочной массы с целью наиболее полного использования сырья и повышения качества полупродуктов винодельческого производства.
Заключение. На основании полученных данных можно сделать вывод, что для ферментативной обработки яблочного сырья в зависимости от количественного содержания структурных полисахаридов, таких как целлюлоза, гемицеллюлозы, пектин, необходимо наличие таких ферментов, как пектиназа (пектинэстераза, полигалактуроназа), β-глюканаза, амилаза, протеаза.
Установлено, что наиболее результативными из тестируемых пектолитических ФП оказались препараты, в составе пектолитического комплекса которых преобладает фермент пектинэстеразного действия и отмечается содержание высокоактивного полигалактуроназного целлюлазного комплекса ферментов («Фруктоцим А», «Пектинекс»). Наименее эффективным оказался препарат с наиболее низким содержанием пектинэстеразы (Пектофоетидин). Так, при дозировке 0,4 ед ПкС/100 г мезги выход сока-самотека составил 30–32 см3 при использовании препаратов «Пектинекс» и «Фруктоцим А» соответственно.
Исследования по применению ферментных препаратов с направленными целлюлолитической, ксиланолитической, β-глюканазной и протеолитической активностями показали, что лучшие результаты по выходу сока обеспечивал вариант, где гидролиз сырья осуществляли препаратом с преобладающей β-глюканазной и ксиланазной активностью. Рациональная дозировка препарата составила 20 ед β-ГкС на
1. Market News: World Apple Situation: Apples / United States Agriculture Department, Foreign Agricultural Service. Washington: USDA, 2008. URL: https://researchgate.net/publica-tion/23960932_Effects_of_Trade_Barriers_on_US_and_World_Apple_Markets (дата обраще-ния: 23.09.2023).
2. Уайтхерст Р. Дж., ван Оорт М. Ферменты в пищевой промышленности / пер. с англ. С.В. Макарова. СПб.: Профессия, 2014. 408 с.
3. Шобингер У. Фруктовые и овощные соки: научные основы и технологии. СПб.: Профессия, 2004. 640 с.
4. INPIT. Индустрия питания. URL: http://inpit. ru/news/578 (дата обращения: 23.09.2023).
5. Киселева Т.Ф. Теоретические основы консервирования: учеб. пособие. Кемерово, 2008. С. 27.
6. Северденко В.П., Клубович В.В. Применение ультразвука в промышленности. Минск: Наука и техника, 1967.
7. Поморцева Т.И. Технология хранения и переработки плодоовощной продукции: учеб. пособие. 2-е изд., стереотип. М., 2003.
8. Контрольное фильтрование вин. URL: http://altair-aqua.ru/info/4 (дата обращения: 23.09.2023).
9. Теория и практика виноделия / Ж. Риберо-Гайон [и др.]. М.: Пищевая промышленность, 1979. Т. 2. С. 195.
10. Агеева Н.М., Тихонова А.Н., Бирюков А.П. Влияние ферментных препаратов на ароматобразующие компоненты красных столовых вин // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020. № 2. С. 251–260.
