Введение. Повышение рентабельности производства и создание высококачественной и конкурентоспособной винодельческой продукции в настоящее время является одним из важных аспектов развития виноделия. Разработка современных биотехнологических способов переработки плодово-ягодного сырья, обеспечивающих интенсификацию процессов получения сока, повышение выхода и качества готовой продукции, является актуальным и перспективным направлением.
Для получения высокого качества сусла и плодовых соков важная роль принадлежит обработке сырья ферментами [1].
С целью повышения эффективности воздействия ферментативных систем на процесс их приготовления проведен анализ физико-химических показателей используемого сырья (табл. 1).
Важным показателем плодово-ягодного сырья является содержание в них коллоидов: пектиновых и белковых полимеров. Так как переход этих веществ в полуфабрикаты и затем в напитки определяет их фильтруемость и стабильность при хранении.
Для получения 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 [2].
Традиционно используемое сырье содержит такие высокомолекулярные компоненты, как протопектин, полисахариды, белковые вещества, которые приводят к повышению вязкости и создают трудности в обеспечении оптимального выхода и качества соков и экстрактов. Их ферментативная обработка, а также применение различных физико-химических методов позволит снизить риск образования помутнений и значительно увеличить выход продукции.
Цель исследования – скрининг активных мультиэнзимных систем, гидролизующих биополимеры плодово-ягодного сырья.
Объекты, методы, результаты исследования и их обсуждение. Для устранения негативных факторов, снижающих качество готовой продукции, также проведен скрининг эффективных ферментативных систем пектолитического, амилолитического, протеолитического и целлюлолитического действия, осуществляющих гидролиз полимеров растительного сырья [3].
Анализ некоторых ферментных препаратов (ФП) показывает наличие широкого спектра мультиэнзимных комплексов, необходимых для обработки высокомолекулярных полимеров плодово-ягодного сырья.
В таблице 1 представлен состав ферментов, входящих в комплекс пектиназ, в том числе: пектинэстераза (ПэС), эндо-полигалактуроназа (ПгС), пектатлиаза (ПлС).
Таблица 1
Состав ферментов, воздействующих на пектиновые вещества
в различных ферментных комплексах
|
Препарат |
Состав ферментного комплекса в препаратах (ферментативные активности), ед/г (ед/см3) |
|||
|
ПкС |
ПэС |
Эндо-ПгС |
ПлС |
|
|
Пектофоетидин П10Х (Asp. Foetidus) |
90,5 |
119 |
44,0 |
Следы |
|
Мацеробациллин (Bacilluscirculans) |
0 |
0 |
следы |
48400/5950 |
|
Пектинекс I (Asp. niger) |
65,8 |
79,1 |
32,6 |
Следы |
|
Фруктоцим А (Asp. niger) |
24,8 |
500 |
22,2 |
Следы |
Примечание: для жидких препаратов активность указана в единицах на 1 см3 препарата.
Рассматривая соотношение ферментных активностей в ферментных препаратах пектолитического действия, можно отметить высокое содержание пектинэстеразы в препарате «Фруктоцим А», полигалактуроназы – «Пектофоетидин П10х» и «Пектинекс». Анализируя наличие ферментов, воздействующих на полисахариды и белковые вещества, хотелось бы отметить, что присутствие α-амилазы и протеаз в пектолитических препаратах отмечается как следовые количества, ксиланазы – 0,3–0,7 ед. КС на 1 едПкС препарата; наиболее высокая целлюлолитическая активность в препарате «Фруктоцим А» (15,5 ед. ЦС на 1 едПкС препарата) [4].
В свою очередь, препараты, основная направленность действия которых – гидролиз целлюлозы, гемицеллюлозы, белковых и крахмалистых веществ, содержат низкие активности ферментов, воздействующих на пектиновые вещества, наиболее высокое содержание пектолитической активности наблюдается в КС- и ЦС-КС-комплексах.
Из вышесказанного следует, что исследуемые ферментные препараты имеют отличия в специфичности действия на растительные субстраты.
В результате проведенных исследований получены экспериментальные данные для дальнейшей работы с целью выявления механизма действия ферментов на полимеры сырья и подбора комплексной ферментативной системы для оптимизации процессов мацерации и гидролиза наиболее широко применяемого плодово-ягодного сырья для повышения эффективности производства, качества и стабильности винодельческой продукции.
Также известно, что ФП могут использоваться как на стадии измельчения плодов, так и на стадии отстаивания сусла. В настоящих исследованиях ферментные препараты добавляли в предварительно измельченную мезгу, дозируя ферментные препараты по общей пектолитической активности [3, 5].
Смесь инкубировали в термостате, затем фильтровали и определяли выход сока, образующегося самотеком в течение 15 минут, в зависимости от испытуемого препарата. В фильтрате определяли необходимые органолептические и физико-химические показатели: концентрацию растворимых сухих веществ, вязкость сусла, содержание органических кислот, содержание общих фенольных веществ, редуцирующие сахара. Так как общая кислотность, отражающая суммарное содержание кислот, не может характеризовать сенсорное восприятие, в качестве показателя вкусового порога принимали концентрацию ионов водорода. При низком значении рН фенольные соединения более устойчивы к окислению, а о-дифенолоксидаза имеет пониженную активность [6]. Следовательно, со снижением значения водородного показателя и увеличением кислотности среды затрудняется процесс окисления фенольных веществ и, как следствие, снижается вероятность образования помутнения фенольного характера.
С целью изучения воздействия ферментных препаратов непосредственно на яблочное сырье на первом этапе работы исследовали эффективность действия пектолитических препаратов. Были выбраны следующие пектиназные комплексы:
- «Фруктоцим А» – препарат с высокой пектинэстеразной (ПэС) и целлюлолитической(ЦС) активностью;
- «Пектинекс» – источник полигалигалактуроназы (ПгС), пектинэстеразы (ПэС) и целлюлазы (ЦС);
- «Пектофоетидин» – ФП отечественного производства – источник полигалактуроназы и пектинэстеразы.
Результаты эксперимента по влиянию различных пектолитических препаратов на выход (самотеком) яблочного сока представлены на рисунке 1 и в таблице 2.
Таблица 2
Соотношение ферментов пектолитического и целлюлазного действия
в составе ферментного комплекса препаратов
|
Препарат |
Общая пектолитическая активность |
Пектин-эстеразная активность |
Эндополи-галактуроназная активность |
Целлюло-литическая активность |
|
Пектофоетидин |
1 |
1,3 |
0,5 |
1,17 |
|
Пектинекс |
1 |
1,2 |
0,5 |
2,6 |
|
Фруктоцим А |
1 |
20,0 |
0,9 |
15,0 |
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 и 32 см3 при использовании препаратов «Пектинекс» и «Фруктоцим А» соответственно. Использование для гидролиза яблочной массы «Пектофоетидина» при аналогичной дозировке (0,4 ед. ПкС/100 г сырья) привело к выходу сока до 22,0 см3, и только при увеличении дозировки до 1,4–2,0 ед. ПкС/100 г мезги выход сока-самотека достигал максимального значения и составил 30–32 см3 [4, 7].
Установленный эффект воздействия ферментативных систем на яблочное сырье можно объяснить также различным содержанием сопутствующих ферментов в препаратах. Так, например, при дозировке 1,0 ед. ПкС препарат «Фруктоцим А» содержит 20,0 ед. ПэС активности, 0,9 ед. ПгС и 15,0 ед. ЦС. В то время как в составе «Пектофоетидина» на то же количество общей пектолитической активности (1,0 ед. ПкС) приходится меньше в 15 разПэС (1,3 ед.), в 1,8 раза ПгС (0,5 ед.), в 12,8 раза ЦС (1,17 ед.) [8].
Так как плодовое сырье наряду с пектиновыми веществами содержит гемицеллюлозы, клетчатку, белок, крахмал, то, по-видимому, целесообразно дополнительно включать в состав комплекса ферменты, расщепляющие эти вещества. В качестве источников ферментов использовали:
- Целловиридин (целлюлаза) – с преобладающей ЦС активностью;
- Ксибетенксил (ксиланаза) – с преобладавющей КС активностью;
- Брюзайм (глюканаза) – с преобладающей КС и β-ГкС активностью;
- Амилопротооризин (протеаза) – как источник ПС и АС активностей.
Результаты исследований представлены на рисунке 2 и в таблице 2.
Рис. 1. Влияние ФП пектолитического действия на сокоотдачу яблочной мезги
Рис. 2. Влияние ферментов целлюлолитического и гемицеллюлазного действия
на сокоотдачу яблочной мезги
Заключение. Исследования по применению ФП 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 [9]. Рациональная дозировка препарата составила 20 ед. β-ГкС на 100 г мезги и позволила увеличить выход сока-самотека с 17 см3 (контрольный образец) до 23,8 см3 Дальнейшее увеличение дозировки приводило к несущественному повышению выхода (до 26 см3 при дозировке 40 ед. ГкС на 100 г мезги). Применение целлюлаз позволило увеличить выход сока-самотека до 24,7 см3 при дозировке 50 ед. ЦС на 100 г мезги. Наименее эффективным оказалось действие ксиланолитических и протеолитических ферментов, при этом выход сока составлял в среднем 21 см3.
