WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Ферментативный гидролизат красной смородины, его биохимическая характеристика и применение при получении пищевых продуктов

На правах рукописи

ЧЕРНОБРОВИНА АНТОНИНА ГРИГОРЬЕВНА

Ферментативный гидролизат красной смородины, его

биохимическая характеристика и применение при

получении пищевых продуктов

Специальность: 03.00.04 - Биохимия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2008

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

«Московский государственный университет пищевых производств»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Алексеенко Елена Викторовна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Новиков Николай Николаевич

кандидат биологических наук,

доцент Витол Ирина Сергеевна

Ведущая организация: ГНУ ВНИИ пищевой биотехнологии

Защита состоится « 25 » декабря 2008 г. в часов

на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д.212.148.07 при ГОУВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе,11, ауд. 229, корпус А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГУПП.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять ученому секретарю Совета.

Автореферат разослан «25» ноября 2008 г.

Ученый секретарь Совета

д.т.н., проф. Богатырева Т.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Среди многочисленных проблем социально-экономического развития общества одной из наиболее важных является проблема питания, в настоящее время общепризнана взаимосвязь между характером питания и здоровьем, в том числе с развитием хронических неинфекционных заболеваний.

По мнению специалистов современных, отечественных и зарубежных лидеров в области нутрициологии «формула пищи» ХХI века представляет собой сумму нескольких слагаемых и связана, в частности, с постоянным использованием в рационе функциональных пищевых продуктов, которые полезны для здоровья и снижают риск развития связанных с питанием заболеваний (в частности, сердечно-сосудистых, остеопороза и др.) за счет наличия в их составе физиологически функциональных ингредиентов, обладающих способностью оказывать благоприятный эффект на одну или несколько физиологических функций и метаболических реакций организма человека. Поэтому создание функциональных пищевых продуктов является одним из приоритетных направлений пищевой промышленности.

Одним из путей решения задачи по созданию функциональных пищевых продуктов является использование при получении традиционных продуктов питания природных сырьевых ресурсов, в частности, плодово-ягодного сырья, которое содержит широкое многообразие физиологически функциональных ингредиентов (пищевые волокна, витамины, -каротин, флавоноиды, антоцианы, антиоксиданты, пребиотики, некоторые минеральные вещества, органические кислоты, и др.).

Среди большого разнообразия плодово-ягодного сырья безусловного внимания заслуживают ягоды красной смородины. Эта ягодная культура широко культивируется в средней полосе России, дает стабильно высокие урожаи. Однако ассортимент пищевых продуктов с использованием этой ценной ягодной культуры довольно ограничен. Поэтому одной из первостепенных задач научных разработок в области переработки ягод красной смородины является наиболее полное использование их природного потенциала, пищевого и биологического, что может достигаться за счет ферментативной деградации клеточных стенок ягод, основу которых составляют белково-углеводно-фенольные комплексы. Этот аспект может и должен быть признан как один из приоритетных в повышении эффективности применения ягод красной смородины в пищевой промышленности, и обусловливает актуальность и значимость представленных исследований

Цель работы. Научное обоснование условий ферментативной обработки ягод красной смородины для максимального извлечения в ферментативный гидролизат полезных для здоровья микроингредиентов, изучение химического состава и функциональных свойств гидролизата и технологических аспектов его применения в составе рецептур напитков и кондитерских изделий.

В соответствии с поставленной целью были определены задачи исследования:

Изучение химического состава ягод красной смородины.

Выбор ферментных препаратов пектолитического, целлюлолитического и гемицеллюлазного действия и изучение влияния условий ферментативной обработки ягод на выход и вязкость сока.

Обоснование целесообразности создания и определение оптимального композиционного состава МЭК (мультэнзимной композиции) на основе ферментных препаратов Фрутоцим-Колор и Ксибитен-Цел с использованием методов статистического моделирования и изучение условий проведения ферментативного гидролиза.

Изучение и сравнительный анализ химического состава, антиоксидантной активности и детоксицирующих свойств ферментативного гидролизата ягод красной смородины (ФГС) и сока, полученного без ферментативной обработки ягод.

Исследование и выбор условий концентрирования ферментативного гидролизата, как технологической основы его применения в составе рецептур напитков и пищевых продуктов.

Изучение химического состава, антиоксидантной активности и микробиологических показателей концентрата ферментативного гидролизата ягод красной смородины (КФГС).

Проведение исследований и разработка технологических рекомендаций по применению КФГС в качестве источника природных красителей, микронутриентов и физиологически функциональных ингредиентов в рецептурах нового безалкогольного негазированного напитка и начинок типа «Суфле» для кондитерских изделий.

Разработка технических условий на КФГС, проведение производственных испытаний, оценка показателей качества и пищевой ценности пищевых продуктов и напитков, полученных с использованием КФГС.

Научная новизна. Впервые на основании изучения химического состава, антиоксидантной активности и детоксицирующих свойств соковой фракции ягод красной смородины показано, что проведение ферментативной обработки ягод комплексными ферментными препаратами Фрутоцим-Колор и Ксибитен-Цел способствует существенному увеличению выхода в ферментативный гидролизат (по сравнению с соком, полученным без проведения ферментативной обработки) физиологически функциональных микроингредиентов ягод, которым отводится важная роль при получении функциональных пищевых продуктов.

Определены условия ферментативной обработки ягод красной смородины с использованием МЭК для получения максимального эффекта (по сравнению с соком, полученным без ферментативного гидролиза) по выходу в ФГС микронутриентов – витамина С, минеральных веществ, органических кислот, флавоноидов, антоцианов.

Получены данные, характеризующие состав органических кислот (L-яблочная, лимонная, Д-изолимонная, галловая), катехинов (эпигаллокатехин, эпикатехин, эпигаллокатехин галлат, галлокатехин галлат, эпикатехин галлат, катехин), антоцианов (цианнидин-3-ксилозилрутинозид, цианидин-3-глюкозилрутинозид, цианидин-3-рутинозид, цианидин-3-софорозид) в соке и ФГС.

Установлено, что соотношение различных антоцианов в соке и в ФГС примерно одинаково, а большая часть приходится на цианидин-3-глюкозилрутинозид (более 60 %). В гидролизате обнаружен цианидин-3-софорозид, присутствие которого не было обнаружено в соке, полученном без ферментативной обработки.

Выявлено существенное преобладание в общей группе катехинов, присутствующих в ФГС катехина (почти 60 %).

Установлено, что проведение ферментативной обработки мезги ягод красной смородины способствует увеличению выхода и снижению вязкости сока, приводит к увеличению содержания редуцирующих сахаров. Получены данные по составу моносахаридов в ФГС, которые дают основание предполагать наличие в клеточных стенках ягод красной смородины таких разновидностей гемицеллюлоз, как арабиногалактан, глюкоманнан и ксилоглюкан.

На примере связывания свинца выявлены детоксицирующие свойства ФГС по отношению к «тяжелым» металлам, а также более высокая антиоксидантная активность ФГС и его концентрата по сравнению с соком, полученным без ферментативной обработки.

Практическая значимость. Определены условия концентрирования ФГС в ориентации на использование полученного концентрата в рецептурах напитков и пищевых продуктов, как источника физиологически функциональных ингредиентов. Дана характеристика концентрата по органолептическим показателям, антиоксидантной активности, качественному и количественному составу катехинов и антоцианов, содержанию витамина С, минеральных веществ, полифенольных соединений и микробиологическим показателям в соответствии с СанПиН.

Разработаны технические условия на КФГС для применения в напитках и пищевых продуктах.

Разработана рецептура и проведены производственные испытания в условиях кондитерского концерна «Бабаевский» по применению КФГС при производстве конфет «Суфле с красной смородиной». Показано, что применение КФГС в рецептуре конфет позволяет сократить на 25 % количество вносимого сахара, полностью исключить из рецептуры лимонную кислоту и синтетический краситель. Разработаны технологические рекомендации по применению КФГС при производстве начинок «Суфле».

Разработана рецептура нового негазированного безалкогольного яблочно-смородинового напитка и технологическая инструкция по его получению, утвержденная ГУ ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности (ГУ ВНИИ ПБВП). Проведена лабораторно-производственная апробация в условиях ГУ ВНИИ ПБВП.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на научно-практической конференции «Перспективы развития пищевой промышленности России», Оренбург, 2005, на V ежегодной Международной молодежной конференции «Биохимическая физика» (Москва, 2005), V Международной научно–практической конференции «Технологии и продукты здорового питания»,2007, на Международной научно-практической конференции « Биотехнология. Вода и пищевые продукты» (Москва, РТУ им. Д.И. Менделеева, 2008).

Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 8 работ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы, и приложений. Содержание диссертационной работы изложено на 183 листах машинописного текста, проиллюстрировано 22 рисунками и 24 таблицами. Список литературы включает 253 источника отечественных и зарубежных авторов.

1. Обзор литературы

В обзоре литературы дан анализ и обобщены данные о свойствах и строении некрахмалистых полисахаридов растительного сырья. Рассмотрены современные представления о свойствах и механизме действия ферментов, гидролизующих некрахмалистые полисахариды. Проведен анализ научно-технической литературы по применению ферментных препаратов для обработки плодово-ягодного сырья в пищевой промышленности.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Объекты и методы исследования

В качестве объектов исследования использовали красную смородину, произрастающую в средней полосе Российской Федерации, летнего урожая, следующих сортов: «Чулковская», «Голландская красная», «Ненаглядная» и ферментные препараты: «Ксибитен-Цел» производитель «Biovet» (Болгария), «Фрутоцим-Колор» производитель «Эрбсле» (Германия). Характеристика ферментных препаратов представлена в табл. 1.

Таблица 1

Характеристика ферментных препаратов

Наименование ферментативной активности Величина ферментативной активности
Фрутоцим-Колор, ед./мл Ксибитен-Цел, ед./г
Эндополигалактуроназная 25
Экзополигалактуроназная 1744 30
Полигалактуроназная (пектиназная) активность 250 4
Пектинэстеразная 495
Экзоглюканазная 830 1255
Эндоглюканазная 225 2200
Ксиланазная 290 1160
Оптимум tопт, 0С 45-65 45-55
рН 3,5-4,5 4,0-5,0

Для определения активностей и изучения свойств ферментных препаратов применяли общепринятые методики.

Клетчатку определяли по методу Кюшнера и Ганека, определение общего количества гемицеллюлоз осуществляли методом, основанным на гидролизе гемицеллюлоз исследуемого продукта соляной кислотой, лигнин определяли модифицированным методом Клаксона. Определение общего белка осуществляли методом Къельдаля. Содержание растворимого белка определяли по методу Лоури. Общий сахар определяли по методу, основанному на окислении общего сахара дихроматом калия в сильнокислой среде. Редуцирующие сахара определяли по методу Шорля. Содержание пектиновых веществ определяли карбазольным методом. Содержание органических кислот - ферментативным методом. Определение витаминов, состава антоцианов, катехинов, антиоксидантной активности и углеводного состава проводили с использованием метода ВЭЖХ по методикам, разработанным ГУ НИИ питания РАМН. Суммарное содержание фенольных соединений определяли модифицированным методом Фолина-Чокальтеу. Влажность определяли титрованием по методу Карла Фишера с использованием аппаратуры швейцарской фирмы «Metrohm». Содержание макро- микроэлементов определяли методом эмиссионного и атомно-абсорбционного спектрального анализа, переменно-токовой полярографии и инверсионной вольтамперометрии. Активную и титруемую кислотность определяли потенциометрическим методом. Микробиологическую оценку КФГС проводили в соответствии с правилами и нормами СанПиН 2.3.2.1078-01.

Математическое планирование и обработку экспериментальных данных осуществляли методом центрального униформ – ротатабельного планирования с последующей графической интерпретацией параметров оптимизации с помощью программ Excel, MatStat и Statistica.Результаты исследований после статистической обработки представлены на рисунках и оформлены в виде таблиц.

2.2. Изучение химического состава ягод красной смородины

Анализ химического состава ягоды показывает, что красная смородина обладает высокой пищевой ценностью (табл. 2). Это связано с присутствием в ее составе богатого комплекса ценных биологически активных веществ (витаминов РР, -каротин, витамин С и Е), биоактивных полифенольных соединений, антоцианов, катехинов, органических кислот, минеральных веществ. Поэтому ягоды красной смородины представляет несомненный интерес для получения продуктов питания функционального назначения.

Таблица 2

Химический состав ягод красной смородины

Компонент Содержание, % Компонент Содержание, мг/%
Белок 0,87±0,06 Витамин С 97
Клетчатка 3,65±0,14 -каротин 0,28
Гемицеллюлозы 0,40±0,04 Витамин-Е 0,22
Общий сахар 6,80±0,30 Ниацин 0,2
Пектиновые в-ва в т.ч. протопектин растворимый пектин 1,13±0,16 0,73±0,14 0,40±0,08 Макро-микроэлементы: Калий Натрий Кальций Магний Фосфор Железо Цинк Медь Марганец 372 32 29 35 44 1,2 0,65 0,23 0,2
Лигнин 0,63±0,04
Органические кислоты 3,30±0,08
Зола 0,44±0,03 Полифенольные соед-ия 137,5
Влажность 81,7±1 Антоцианы 24,5

Однако использовать ягоды красной смородины для этих целей (без предварительной обработки) недостаточно эффективно, поскольку значительная часть ценных микронутриентов прочно удерживается структурными образованиями клеточной стенки, формирующими сложные белково-углеводно-фенольные комплексы.

Поэтому для наиболее полного использования полезных для здоровья человека ингредиентов ягод перспективным представляется проведение ферментативной обработки ягод красной смородины ферментными препаратами пектолитического, целлюлолитического и гемицеллюлазного действия. За счет частичной биодеградации основных структурных биополимеров клеточной стенки (клетчатки, гемицеллюлозы и пектиновых веществ) можно существенно повысить экстрактивную способность растительной ткани, увеличить выход и повысить ценность готового продукта (сока) за счет перевода значительной части физиологически функциональных ингредиентов ягод в растворимую часть.

2.3. Изучение условий ферментативной обработки мезги ягод красной смородины для увеличения выхода и снижения вязкости сока

Известно, что основным препятствием к выделению сока из плодов и ягод является водоудерживающая способность сырья и вязкость жидкой фазы, связанная с наличием некрахмалистых полисахаридов. Причем выход сока и скорость фильтрации определяются в основном степенью расщепления наиболее гидрофильного полимерного компонента пектина. Это - протопектин (компонент межклеточников и клеточных стенок), растворимый пектин клеточного сока и промежуточных форм трансформации протопектина в растворимый пектин. В этой связи с целью увеличения сокоотдачи и снижения вязкости сока для проведения ферментативной обработки ягод красной смородины был выбран ферментный препарат Фрутоцим-Колор, который содержит активный комплекс пектолитических ферментов (табл. 1).

2.3.1. Влияние дозировки ферментного препарата Фрутоцим-Колор

на скорость ферментативной реакции в условиях модельного субстрата

Кинетические исследования имеют важное теоретическое и практическое значение, так как, имея определенные сведения о кинетике действия фермента, можно подобрать оптимальные условия для его работы и наиболее полно использовать его ферментативную активность на различных стадиях технологического процесса. Правильно оценить ферментативную активность можно только в том случае, если в ходе ферментативной реакции скорость ее не изменяется, и прямопропорционально связана с концентрацией фермента, то есть при условии соответствия реакции кинетике нулевого порядка (V=к[E0]). Кинетические исследования проводили на модельном субстрате (пектин яблочный). Для изучения скорости реакции гидролиза в зависимости от концентрации ферментного препарата в раствор субстрата вносили ферментный препарат Фрутоцим – Колор в концентрациях 1,1; 2,2; 3,3; 4,4; 6,6 ед ПкА/г пектина и вели гидролиз в оптимальных для действия фермента условиях в течение 0,5 часа. Через определенные промежутки времени вискозиметрическим методом определяли вязкость субстрата. Кинетические кривые, иллюстрирующие снижение вязкости (%) субстрата и зависимость начальной скорости Vо реакции от концентрации ферментного препарата, представлены на рис. 1, 2.

 Кинетические кривые зависимости снижения вязкости-0

Рис. 1. Кинетические кривые зависимости снижения вязкости субстрата при различных концентрациях Фрутоцим-Колор

Концентрации ферментного препарата:

1-1,0 ед. ПкА/г; 2-2,2 ед. ПкА/г; 3-3,3 ед. ПкА/г;

4 - 4,4 ед. ПкА/г; 5-6,6 ед. ПкА/г

Рис. 2. Зависимость начальной скорости реакции

от концентрации Фрутоцим-Колор

На основании изучения полученных кинетических зависимостей, установлено, что линейная зависимость между скоростью реакции и концентрацией ферментного препарата Фрутоцим-Колор сохраняется в области концентраций меньше 2,2 ед ПкА/ г пектина (рис. 2).

2.3.2. Изучение ферментативного гидролиза мезги ягод красной смородины ферментным препаратом Фрутоцим-Колор

Результаты кинетических исследований явились основой для выбора дозировки и изучения действия ферментного препарата Фрутоцим-Колор при проведении ферментативного гидролиза мезги ягод красной смородины.

Ферментный препарат вносили в мезгу ягод красной смородины в различных концентрациях 1,1–6,6 ед. ПкА/г пектина (0,005-0,03 % к массе ягод) и вели гидролиз в оптимальных для действия фермента условиях (t=45 0C) в течение 3-х часов. Результаты исследований (рис. 3 а, б) показывают, что ферментативный гидролиз целесообразно вести в течение 1,5 час. при дозировке ферментного препарата 2,2 ед. ПкА/ г пектина. Выход сока увеличивается на 33 %, вязкость на 85 %. Дальнейшее увеличение длительности не дает существенных результатов.

а)

б)

Рис. 3. Влияние Фрутоцим-Колор на: а) динамику выхода сока;

б) динамику снижения вязкости

Концентрации ферментного препарата:

1 - 1,1 ед. ПкА/г; 2 - 2,2 ед. ПкА/г; 3 - 3,3 ед. ПкА/г; 4 - 4,4 ед. ПкА/г; 5 - 6,6 ед. ПкА/г

2.3.3. Изучение ферментативного гидролиза мезги ягод

красной смородины ферментным препаратом Ксибитен-Цел

Известно, что мацерирующее действие пектолитических ферментов усиливается действием целлюлолитических и гемицеллюлолитических ферментов. В этой связи, с учетом наличия в ягодах красной смородины целлюлозы и гемицеллюлозы (табл. 2), для интенсификации сокоотделения нами был выбран ферментный препарат Ксибитен-Цел, обладающий высокими экзо- и эндоглюканазной и ксиланазной активностями (табл. 1).

Для выбора дозировки с целью проведения ферментативного гидролиза в мезгу ягод красной смородины вносили ферментный препарат в различных концентрациях 29-129 ед. ГцА/ г гемицеллюлозы (0,005 - 0,04 % к массе ягод) и проводили гидролиз в оптимальных для действия фермента условиях (450С) в течение 3-х часов. Контролем служил сок, полученный при тех же условиях, но без добавления ферментного препарата. Как видно из представленных данных (рис. 4 а, б), ферментативный гидролиз целесообразно проводить при концентрации ферментного препарата 58 ед. ГцА/г гемицеллюлозы и длительности гидролиза 1,5 часа.

Рис. 4. Влияние Ксибитен-Цел на динамику накопления РВ (а) динамику выхода сока (б)
Концентрации ферментного препарата 1-29ед.ГцА/г; 2-58 ед. ГцА/г; 3-85ед. ГцА/г; 4- 113 ед. ГцА/г; 5-129ед. ГцА/г

Выход сока увеличивается на 21 %, а содержание РВ в пересчете на глюкозу в 1,3 раза по сравнению с соком, полученным без применения ферментного препарата, и составляет 68 мг/мл.

2.4. Влияние МЭК на основе ферментных препаратов Фрутоцим-Колор и Ксибитен-Цел на гидролиз полисахаридов мезги ягод красной смородины

2.4.1. Определение состава МЭК с применением методов математического планирования

Результаты исследований, представленные в разделах 2.3.2 и 2.3.3., дают основание предполагать, что применение мультэнзимной композиции (МЭК) на основе на основе ферментных препаратов Фрутоцим-Колор и Ксибитен-Цел, позволит получить больший эффект, чем при раздельном их использовании, по выходу сока, и, как следствие, приведет к увеличению выхода в ферментативный гидролизат ягод красной смородины (ФГС) физиологически функциональных ингредиентов ягод красной смородины.

Для определения оптимального композиционного состава МЭК и длительности гидролиза использовали метод математического моделирования на основе униформ - ротатабельного планирования.

Критериями для оценки значимости влияния исследуемых ферментных препаратов Ксибитен-Цел и Фрутоцим-Колор в составе МЭК служили выход сока (У1) и накопление редуцирующих сахаров (У2). В качестве исследуемых факторов – Х1-различное соотношение Фрутоцим-Колор и Ксибитен-Цел в составе МЭК, %; Х2 – длительность гидролиза;

На основании математической обработки полученных результатов были получены регрессионные уравнения, описывающие зависимость У1 и У2 от исследуемых факторов Х1 и Х2.

Графическая интерпретация полученной математической зависимости У1 от исследуемых факторов Х1 и Х2 представлена на рис 5.

Максимальный выход сока наблюдался при условии применения МЭК, в котором концентрация Фрутоцим-Колор составляет 1,1 ед. ПкА/г пектина и Ксибитен-Цел 29 ед. ГцА/г гемицеллюлозы и длительности гидролиза 2 часа. При этом выход сока увеличивается на 40% и содержание РВ в 1,4 раза по сравнению с соком, полученным без применения ферментных препаратов и составляет 74 мг/мл. Данные по выходу сока, полученного с использованием МЭК, показывают, что этот показатель выше, чем при раздельном применении ферментных препаратов, при этом следует отметить, что дозировка ферментных препаратов в составе МЭК уменьшена в 2 раза.

Рис. 5. Влияние соотношения ферментных препаратов и продолжительности гидролиза на выход сока из ягод красной смородины

2.4.2. Влияние ферментативной обработки с использованием МЭК на выход физиологически функциональных ингредиентов в ферментативный гидролизат ягод красной смородины

Для исследования влияния условий ферментативной обработки с использованием МЭК на выход физиологически активных ингредиентов ягод красной смородины в растворимую часть ФГС проводили сравнительный анализ по их содержанию в ФГС и соке, полученном без применения ферментных препаратов (контроль). Полученные данные представлены в табл. 3 и на рис. 6, 7.

Полученные данные убедительно показывают, что проведение ферментативной обработки ягод красной смородины способствует значительному повышению экстрактивной способности растительной ткани и переводу в растворимую часть ценных биологически активных веществ ягод. Увеличивается выход органических кислот, в том числе лимонной, D-изолимонной и L-яблочной кислот соответственно в 1,3; 1,4; 1,7 раза, витамина С в 1,8 раза, биоактивных полифенольных соединений в 2,9 раз, антоцианов в 1,7 раз, катехинов в 1,6 раз (рис. 6, 7).

Таблица 3

Влияние обработки мезги ягод красной смородины с использованием МЭК

на выход функциональных ингредиентов

Показатели Содержание компонента (мг/100г кр.см.) в соке и ФГС
Контроль С применением МЭК
Органические к-ты, в том числе Лимонная D- изолимонная L-яблочная 1210 5,06 430 1630 6,97 710
Полифенольные соединения 45,75 129,00
Катехины 12,83 21,09
Антоцианы 12,05 20,26
Витамин С 5,4 9,5
РВ, (в пересчете на глюкозу) 3,17 6,36

Более полная экстракция ценных физиологически активных ингредиентов ягод, по всей видимости, благоприятно скажется на химическом составе ФГС и обусловит проявление им полезных для здоровья свойств.

2.5. Биохимическая характеристика ферментативного гидролизата ягод красной смородины

2.5.1. Изучение ингредиентного состава ферментативного гидролизата ягод красной смородины

Результаты проведенных исследований по изучению химического состава ФГС(табл.4) показывают, что ФГС существенно превосходит сок ягод красной смородины, полученный без ферментативной обработки, по содержанию в нем группы полифенольных соединений – в 2 раза, антоцианов и катехинов – в 1,2 раза (235,6 мг/л и 245,2 мг/л соответственно), витамина С – 1,3 раза (110 мг/л), РВ – в 1,4 раза (7,4 г/100мл).

Таблица 4

Химический состав сока и ФГС

Показатели Сок ягод красной смородины (контроль) ФГС
Полифенольные соединения, мг/л 750 1500
Катехины, мг/л 210,3 245,2
Антоцианы, мг/л 197,6 235,6
Витамин С, мг/л 88 110
РВ, в пересчете на глюкозу, г/ 100мл 5,3 7,4

Данные хроматографических исследований свидетельствуют, что катехины ФГС из сока представлены эпигаллокатехином, катехином и эпикатехином, обнаружены также их эфиры с галловой кислотой (табл. 5).

Таблица 5

Состав (мг/л) катехинов в соке и ФГС

Наименование катехинов Сок из ягод кр. смородины ФГС
Сумма катехинов, из них : 210,3 245,2
Эпигаллокатехин 33,6 46,9
Катехин 124,3 141,6
Эпикатехин 7,6 11,8
Эпигалокатехин галлат 41,6 41,9
Галлокатехин галлат 0,8 1,1
Эпикатехин галлат 2,4 1,9

Установлено увеличение содержание катехинов в ФГС по сравнению с соком, полученном без ферментативной обработки, в том числе эпигаллокатехина в 1,4 раза, катехина в 1,1 раза, эпикатехина – 1,6 раза. В общей группе катехинов сока и ФГС преобладает катехин – (почти 60 %) (табл. 5).

Проведение ферментативной обработки мезги ягод красной смородины способствует более полной экстракции антоциановых соединений, благодаря чему стало возможным определение в составе антоцианов ФГС еще одной разновидности антоцианов, присутствие которой в соке (контроль) выявлено не было (Цианидин – 3 – софорозид – 4,2 %) (табл. 6).

Таблица 6

Состав антоцианов в соке и ФГС

Наименование антоциана Сок (контроль), % ФГС, %
Цианидин – 3 - ксилозилрутинозид 27,4 26,6
Цианидин – 3 – глюкозилрутинозид 64,7 60,7
Цианидин – 3 – рутинозид 7,9 8,6
Цианидин – 3 – софорозид ------ 4,2

Результатами хроматографических исследований установлено, что соотношение различных антоцианов в соке и ФГС примерно одинаково, а большая часть приходится на цианидин-3-глюкозилрутинозид (более 60%).

Одно из ключевых свойств флавоноидов – их антиоксидантная активность, причем благоприятное сочетание аскорбиновой кислоты (витамин С) (ее содержание – 110 мг/л) с флавоноидными соединениями ФГС будет способствовать более мощному антиоксидантному эффекту, стабилизации витамина и повышению эффективности его действия.

Важными компонентами ФГС являются органические кислоты. Среди определенных в ФГС органических кислот доминирует лимонная кислота (18,92 г/л), в меньших количествах присутствует L-яблочная (8,22 г/л) и D-изолимонная (81,00 мг/л). Среди фенольных кислот обнаружена галловая (0,2 мг/л), которая также относится к соединениям антиоксидантного ряда и ее присутствие носит позитивный характер.

Анализ качественного состава сахаров выявил наличие богатого и разнообразного их набора, в том числе гексоз и пентоз, являющихся структурными компонентами гемицеллюлоз (табл.7).

Таблица 7

Состав сахаров ФГС

УГЛЕВОДЫ, % от общего количества
Арабиноза ксилоза манноза рамноза глюкоза фруктоза галактоза
20,7 14,1 13,8 2,9 18,0 19,4 10,1

Содержание основных энергонесущих компонентов глюкоз и фруктозы в общем балансе сахаров составляет 37,4%. Важным обстоятельством является присутствие в составе ФГС маннозы (13,8 %), которая обладает физиологической активностью и иммуностимулирующим действием.

Установлено, что ФГС обладает благоприятным сочетанием минеральных веществ (Na, Ca, Mg, K, P и др.), что дополняет его полезные свойства.

2.5.2.Исследование антиоксидантной активности и комплексообразующей способности ФГС

Как показали исследования, ФГС обладает уникальным набором природных антиоксидантов. Синергический эффект, обусловленный их будет усиливаться присутствием в составе ФГС веществ – синергистов, в том числе, лимонной кислоты (является донором водорода, необходимого для регенерации антиокислителей). И в этой связи, ФГС, удачно сочетающий в себе комплекс природных антиоксидантов и синергистов, можно рассматривать, как перспективный источник мощной антиоксидантной системы. Природное сочетание биоактивных фенольных соединений и компонентов пищевых волокон в ФГС, по всей видимости, предаст ему протекторные свойства в отношении свинцовой интоксикации. Принимая это во внимание, исследовали антиоксидантную активность и его комплексообразующую способность. Выявлена более высокая (в 1,8 раза) антиоксидантная активность ФГС (127 ед. т.э./100 мл) по сравнению с соком (70 ед. т.э./100 мл (1 тролоксовый эквивалент = 1мг витамина Е)).

С применением метода инверсионной вольтамперометрии установлена высокая комплексообразующая способность ФГС (по свинцу). Он способен связывать 17–20 % от общего количества свинца, внесенного в гидролизат. Детоксицирующие свойства ФГС будут дополняться радиопротекторным эффектом, обусловленным присутствием в его составе кальция, что позволяет рассматривать ферментативный гидролизат перспективным для использования в составе антирадионуклидных рационов.

2.6. Получение и биохимическая характеристика концентрата ферментативного гидролизата ягод красной смородины

2.6.1. Изучение условий получения концентрата ферментативного гидролизата ягод красной смородины

Практическое применение жидких гидролизатов плодово-ягодного сырья может быть ограничено потому, что их получение носит сезонный характер и для хранения и транспортировки требуется большое количество тары и огромные складские помещения. Поэтому были проведены исследования условий концентрирования ФГС для получения концентрата (КФГС) как технологичной основы для применения в составе рецептур пищевых производств.

На основании проведенных исследований определены условия получения КФГС, позволяющие минимизировать потери ценных природных компонентов: концентрирование под вакуумом при температуре 60-700С, внесение сахара на стадии концентрирования в соотношении ФГС/сахар 2:1. Содержание сухих веществ в КФГС составляет 60-70%. Разработаны ТУ на получение КФГС.

2.6.2. Изучение химического состава и антиоксидантной активности КФГС

Проведенными исследованиями установлено, что КФГС содержит представительный ансамбль биоактивных флавоноидных соединений, антоцианов, катехинов, органических кислот, витамина С (табл. 8).

Таблица 8

Химический состав КФГС

Показатель Содержание мг/100 мл
Титруемые кислоты (в пересчете на лимонную), % 1,1
Общий сахар, г/100мл 52
Полифенольные соединения 269,2
Катехины 31,01
Антоцианы 32,23
Витамин С 57,2

Изучение состава катехинов и антоцианов выявило те же особенности, что были характерны для ФГС: существенное преобладание в общей группе катехинов – катехина (почти 60 %), разновидности антоцианов в ФГС и КФГС находятся примерно в одинаковых соотношениях, а большая доля приходится на цианидин-3-глюкозилрутинозид (более 60%).

Таблица 9

Состав антоцианов КФГС

Антоцианы,%
Цианидин – 3 сафорозид Цианидин – 3 – ксилозил рутинозид Цианидин – 3 – глюкозил рутинозид Цианидин – 3 – рутинозид,
3,2 28,2 60,4 8,2

Таблица 10

Содержание катехинов и галловой кислоты в КФГС, мг/л

Сумма катехи-нов, Эпи-галло-катехин Кате-хин, Эпика-техин, мг/л Эпигалло-катехин галлат, Гало-катехин галлат Эпика- техин галлат Галло-вая к-та
310,1 39,4 183,4 13,8 68,3 1,4 3,8 0,4

Гармоничное сочетание этих природных компонентов, обусловливает высокую антиоксидантную активность КФГС, которая, как показали наши исследования, составляет 219 ед. т.э./100 мл концентрата.

2.6.3. Микробиологическая характеристика КФГС

Исследования микробиологических показателей КФГС показали отсутствие патогенных микроорганизмов рода Salmonella и БГКП (колиформы), а также молочнокислых бактерий и дрожжей, которые вызывают процессы порчи продуктов.

Показатель (количество мезофильно-анаэробных факультативно-анаэробных) КМАФАН для КФГС в 4,5 раза ниже допустимого показателя СанПиНа, предусмотренного для концентрата б/а напитков. Поэтому по микробиологическим показателям КФГС полностью соответствует нормам СанПиН и может быть использован при производстве пищевых продуктов.

2.7. Применение КФГС при получении пищевых продуктов

Результаты исследований (раздел 2.6.) показывают, что КФГС содержит комплекс микронутриентов, полезных для здоровья человека, имеет высокую антиоксидантную активность и по микробиологическим показателям соответствует требованиям СанПиН. Поэтому он может быть рекомендован для использования в качестве дополнительного источника физиологически функциональных ингредиентов в рецептурах пищевых продуктов. Безусловно, положительным качеством КФГС является наличие в нем природных (натуральных) красителей.

2.7.1. Применение КФГС при производстве безалкогольных напитков

Проведена лабораторно-производственная апробация по применению КФГС при получении безалкогольного негазированного напитка в ГУ ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности. Разработаны рецептура и технологическая инструкция на безалкогольный негазированный напиток «Яблочно-смородиновый» и утверждены в ГУ ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности.

2.7.2. Применение концентрата ферментолизата ягод красной смородины при производстве суфле

В условиях кондитерского концерна «Бабаевский» проведены производственные испытания по применению КФГС при производстве конфет «Суфле с красной смородиной». Применение КФГС в рецептуре конфет позволяет сократить на 25 % количество сахара и полностью исключить из рецептуры лимонную кислоту и искусственный краситель. Разработаны технологические инструкции по применению КФГС при производстве начинок типа «Суфле». Полученные изделия характеризовались хорошими органолептическими и физико-химическими показателями.

Выводы

На основании проведенных исследований были сделаны следующие выводы:

1. Изучен химический состав ягод красной смородины. Показано, что эта ягодная культура является природным источником ценных пищевых физиологически функциональных ингредиентов: органических кислот, витаминов, биологически активных фенольных соединений, макро и микроэлементов. Экспериментально обосновано, что наиболее полное извлечение входящих в состав ягод этих полезных для здоровья человека ингредиентов с целью применения при получении пищевых продуктов достигается при ферментативной обработке ягод красной смородины за счет ферментативной деградации клеточных стенок ягод, основу которых составляют белково-углеводно-фенольные комплексы.

2. Изучены некоторые кинетические характеристики ферментного препарата Фрутоцим-Колор при действии на модельный субстрат (пектин- яблочный). Установлено, что прямолинейная зависимость между начальной cкоростью и концентрацией ферментного препарата наблюдается при концентрации ферментного препарата меньше 2,2 ед ПкА/ г пектина. Полученные результаты явились основанием для выбора условий обработки мезги ягод красной смородины ферментным препаратом Фрутоцим- Колор.

3. Изучено влияние условий обработки мезги ягод красной смородины ферментными препаратами нового поколения Фрутоцим-Колор и Ксибитен-Цел на выход и вязкость сока, а также накопление редуцирующих веществ. Показано, что внесение исследуемых ферментных препаратов в мезгу ягод красной смородины через 1,5-2 часа гидролиза в оптимальных для действия ферментов условий способствует увеличению выхода сока на 7,5-33 %, снижению вязкости на 85-90 %, накоплению редуцирующих веществ - в 1,3раза (при внесении Ксибитен-Цел).

4. Обоснована целесообразность создания МЭК на основе ферментных препаратов Фрутоцим-Колор и Ксибитен-Цел. Определен оптимальный композиционный состав МЭК с использованием методов статистического моделирования и изучены условия проведения ферментативного гидролиза. Показано, что проведение ферментативной обработки ягод красной смородины с использованием МЭК через 2 часа гидролиза способствует увеличению выхода сока на 40 % и количества редуцирующих веществ в ферментативных гидролизатах - в 1,4 раза.

5. Изучено влияние ферментативной обработки ягод красной смородины с использованием МЭК на увеличение выхода физиологически активных микроингредиенов: органических кислот, в том числе лимонной, D- изолимонной и L- яблочной соответственно в 1,3; 1,4; 1,7 раз, витамина С - в 1,8 раз, полифенольных соединений в 2,9 раз, антоцианов в 1,7 раз, катехинов в 1,6 раз по сравнению с соком полученным без ферментативной обработки.

6. Изучен и проведен сравнительный анализ химического состава ФГС и сока, полученного без ферментативной обработки ягод. Показано, что ФГС содержит целый комплекс полезных для здоровья микроингредиентов. Получены данные, характеризующие состав органических кислот (L- яблочная, лимонная, D- изолимонная, и галловая), катехинов (эпигаллокатехин, катехин и эпикатехин, а также эпигалокатехин галлат, галлокатехин галлат, эпикатехин галлат), антоцианов (цианидин – 3 – ксилозилрутинозид, цианидин – 3 – глюкозилрутинозид, цианидин – 3 – рутинозид, цианидин – 3 – софорозид). Выявлено существенное преобладание в общей группе катехинов, обнаруженных в ФГС, - катехина (почти 60 %). Определены различия в качественном составе антоцианов в ФГС и соке. Установлено наличие в ФГС еще одной разновидности антоцианов (цианидин-3-софорозид (4,2 %)), присутствие которой в соке обнаружено не было. Преобладающим в количественном отношении антоцианом в ФГС и соке является – цианидин-3- глюкозилрутинозид (более 60 %). Получены данные по составу моносахаридов в ФГС, которые дают основание предполагать наличие в клеточных стенках ягод красной смородины таких разновидностей гемицеллюлоз, как арабиногалактан, глюкоманнан и ксилоглюкан.

7. Исследована антиоксидантная активность ФГС и сока, полученного без ферментативной обработки ягод. Установлена более высокая (в 1,8 раз) антиоксидантная активность ФГС по сравнению с соком, полученным без ферментативной обработки.

8. Изучены детоксицирующие свойства ФГС на примере связывания свинца. Показано, что он способен связывать 17,00±3,4 % от общего количества свинца, внесенного в ферментативный гидролизат.

9. Исследованы и определены условия концентрирования ФГС (концентрирование под вакуумом при температуре 60-70 0C, внесение сахара на стадии концентрирования в соотношении ФГС/сахар - 2:1) для использования полученного концентрата (КФГС) в рецептурах напитков и пищевых продуктах. Разработаны технические условия (ТУ) на получение КФГС для применения в напитках и пищевых продуктах.

10. Исследован химический состав, антиоксидантная активность и микробиологические показатели КФГС. Получены данные по составу катехинов, антоцианов, содержанию витамина С, полифенольных соединений, органическим кислотам. Установлено, что соотношение разновидностей антоцианов и катехинов в ФГС и КФГС примерно одинаково. Большая доля среди антоцианов приходится на цианидин-3- глюкозилрутинозид (более 60%); среди группы катехинов преобладает катехин( почти 60%).

11 Проведены исследования по применению КФГС в качестве источника физиологически функциональных ингредиентов, натуральных красителей в рецептурах безалкогольного негазированного напитка и начинок типа «Суфле». Полученные изделия характеризуются хорошими органолептическими и физико-химическими показателями.

Разработаны рецептура на новый безалкогольный негазированный напиток «Яблочно-смородиновый» и технологическая инструкция на его получение, утвержденная в ГУ ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности.

Проведены производственные испытания в условиях кондитерского концерна «Бабаевский» по применению КФГС при производстве конфет «Суфле с красной смородиной». Показано, что применение КФГС в рецептуре конфет позволяет сократить на 25% количество вносимого сахара, полностью исключить из рецептуры лимонную кислоту и синтетический краситель. Разработаны рецептура и технологические инструкции по применению КФГС при производстве конфет «Суфле с красной смородиной».

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

  1. Осташенкова Н.В., Кобелева И.Б., Чернобровина А.Г. Изучение условий комплексной биотехнологической обработки красной смородины. Материалы научно-практической конференции «Перспективы развития пищевой промышленности России», Оренбург: ГОУ ОГУ МОРФ, 2005, с. 291-295.
  2. Никитин А.В., Кобелева И.Б., Осташенкова Н.В., Чернобровина А.Г.

Применение концентрата красной смородины в пищевой промышленности Сборник материалов юбилейной конференции, М.: ГОУВПО МГУПП МОРФ, 2005,с 45-48.

3. Никитин А.В., Кобелева И.Б., Осташенкова Н.В., Чернобровина А.Г. Разработка биотехнологии основы для напитков из ягод красной смородины. Сборник материалов юбилейной студенческой научной конференции, М.: ГОУВПО МГУПП МОРФ, 2005, с. 3-8.

  1. Осташенкова Н.В., Кобелева И.Б., Чернобровина А.Г., Никитин А.В. Изучение качественных характеристик концентрата красной смородины. Материалы V ежегодной, Международной молодежной конференции ИБХФ РАН – ВУЗы, М., 2005, с. 359-362.
  1. Осташенкова Н.В., Кобелева И.Б., Алексеенко Е.В., Чернобровина А.Г., Никитин А.В. Применение пищевкусовой добавки из красной смородины в кондитерской промышленности // Хранение и переработка сельхозсырья. № 5, 2007, с. 74-75.

6. Осташенкова Н.В., Кобелева И.Б. Алексеенко Е.В., Чернобровина А.Г., Никитин А.В. Применение плодово-ягодной основы при производстве безалкогольных напитков. Материалы V Международной научно–практической конференции «Технологии и продукты здорового питания» М.: ГОУВПО «МГУПП», 2007, с. 265-270.

7. Траубенберг С.Е., Осташенкова Н.В., Алексеенко Е.В., Чернобровина А.Г., Никитин А.В. Применение биотехнологических приемов для переработки ягод красной смородины и брусники // Известия вузов. Пищевая технология, №2-3, 2008, с. 67-69.

8. Траубенберг С.Е., Осташенкова Н.В., Алексеенко Е.В., Черноброви- на А.Г., Никитин А.В. Ферментативный катализ как основа для эффективной переработки ягод красной смородины и брусники. Материалы Международной научно-практической конференции «Биотехнология. Вода и пищевые продукты» М.: ЗАО «Экспо-биохим-технологии» РТУ им. Д.И. Менделеева, 2008,с.263.

Подписано в печать 24.11.08. Формат 60х90 1/16.

Печ. л. 1,2. Тираж 150. Заказ 227.

125080, Москва, Волоколамское ш., 11

Издательский комплекс МГУПП



 



<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.