Направленный ферментолиз мякоти тыквы как инструмент формирования качества полуфабрикатов

Эффективная переработка сельскохозяйственной продукции методами биотехнологии является одной из мировых тенденций развития сельского хозяйства и пищевой промышленности. В Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации до 2035 г. выделены основные направления переработки сельскохозяйственного сырья и производства продуктов питания: сохранение и расширение сырьевой базы; повышение конкурентоспособности пищевой продукции на внутреннем и внешнем рынках с использованием традиционных видов сырья.

Тыква Cucurbita spp., как сырье для производства продуктов питания, обладает рядом неоспоримых преимуществ и высоким технологическим потенциалом. На территории России тыква выращивается практически повсеместно, что обусловлено ее хорошей приспособляемостью к различным агроклиматическим условиям. выращивают порядка 70 продовольственных культурных сортов тыквы крупноплодной Cucurbita maxima Duch и твердокорой Cucurbita pepo L., в регионах с более теплым климатом – около 20 сортов мускатной Cucurbita moschata Duch, различающихся по составу и содержанию основных БАВ, в частности каротиноидов; плоды обладают хорошей лежкостью и способностью к длительному хранению и круглогодичной переработке [1, 2].

Использование мякоти тыквы в рецептурах продуктов питания увеличивает их биологическую ценность за счет содержащегося в ней микронутриента β-каротина, снижает себестоимость изделий и увеличивает срок годности [3].

Исследованиями показано, что мякоть тыквы обладает высоким биологическим потенциалом, особенно антигипертензивной и антиоксидантной активностью, а пектин тыквы ингибирует активность белка семейства лектинов галектин-3, являющегося маркером развития опухолей: известны содержащие мякоть тыквы фармацевтические композиции для профилактики и лечения фиброза, возникающего в результате коронавирусной инфекции, и способ лечения галектин-3-зависимых расстройств [4, 5].

Мякоть тыквы зачастую является отходом при извлечении семян, поэтому ее использование в технологии пищевых продуктов и напитков в качестве основного или дополнительного сырья имеет как экологические, так и экономические преимущества.

Расширение ассортимента сокосодержащих напитков с использованием овощей, в частности тыквы, в качестве основного сырья является актуальной задачей для пищевой промышленности. Несмотря на широкий ассортимент имеющихся на рынке продуктов из тыквы – пюре, соки, нектары, цукаты, чипсы, мармелад и т. д. и внедренных научных разработок [6–10], объем производимой продукции недостаточно велик.

Традиционная технология производства тыквенного пюре состоит в подготовке сырья (мойка, измельчение на сегменты, удаление семян, дробление), обработки дробленой массы тыквы в шпарителях до размягченного состояния, перетирании до однородной массы с размером частиц не более 0,4 мм [11, 12]. К отрицательным моментам данной технологии можно отнести сравнительно жесткие условия термической обработки тыквенной массы – выдержка при 100–105 °С в течение 10–25 минут, что неминуемо приводит к деградации каротиноидов и снижению биологической ценности получаемого тыквенного пюре [13–15].

Фактически, длительность тепловой обработки мякоти тыквы находится в прямой зависимости от содержания в ней крахмала, поскольку, являясь полимером он в полной мере участвует в формировании межклеточного каркаса. Кроме этого, достаточно высокое содержание крахмала (до 4,5 %) [16, 17] придает свежей мякоти неприятный привкус «сырого крахмала», а также специфические ощущения при разжевывании. Поэтому биотехнологические методы предобработки сырья могут в значительной степени улучшить потребительские свойства пюре из мякоти тыквы, удалив неприятный вкус крахмала.

Таким образом, основной целью исследования был подбор ферментных препаратов и условий их применения для повышения качества полуфабриката из мякоти тыквы Cucurbita spp.

Материалы и методы

В качестве объектов исследования использовали свежие плоды тыквы урожая 2020– 2023 гг. потребительской степени зрелости (без повреждений и признаков порчи) шести среднеспелых сортов:

сорта крупноплодной тыквы «Грибов-ская зимняя», «Зимняя сладкая», «Россиянка», «Улыбка», «Оранжевая кустовая»;

сорт твердокорой тыквы «Алтайская кустовая».

Образцы пюре получали с использованием гомогенизатора Viteg HG-15D при частоте вращения ротора 4000 об/мин.

При подборе условий проведения фермен-толиза нативного тыквенного пюре использованы амилолитические ферментные препараты, характеристика которых дана в таблице 1.

Для определения температуры клейсте-ризации тыквенного крахмала и последующей разработки технологии ферментолиза пюре использовали экспресс-анализатор консистенции ЭАК-2М (ООО «Изобретатель», Россия). Особенностью работы с прибором является отсутствие градуировки в стандартных физических единицах измерения вязкости, однако его использование позволяет оперативно получать оценку обобщенной вязкостной характеристики объекта исследования в собственных единицах прибора по отношению к эталону.

Таблица 1.

Характеристика использованных в исследовании ферментных препаратов

Table 1.

Characteristics of enzyme preparations used in the study

Ферментный препарат Enzyme preparation	T, °С		Оптимальное значение рН, ед. Optimal pH value, units	Амилолитическая активность, ед./мл Amylolytic activity, U/ml
	оптимальная optimal	рабочая working
Termamyl® SC DS (Novozymes A/S, Дания)	80–85	30–100	5,0–9,0	1800
Альфалад БН (ООО Биопрепарат, Россия)	60–70	30–80	6,0–6,5	2000
Альфалад БТ (ООО Биопрепарат, Россия)	90–95	30–110	6,5–7,5	800
Амилоризин (ООО Биопрепарат, Россия)	30–75	30–75	5,0–6,0	2500 ед./г

Определение крахмала в нативном пюре тыквы и продуктах ферментолиза проводили спектрофотометрически по [18], с использование однолучевого сканирующего спектрофотометра Shimadzu UV1800 (Shimadzu, Япония).

Определение органолептических показателей нативного и ферментолизованного тыквенного пюре проводили в условиях и в соответствии с рекомендациями, изложенными в ГОСТ 8756.1–2017 «Продукты переработки фруктов, овощей и грибов. Методы определения органолептических показателей, массовой доли составных частей, массы нетто или объема» (с поправкой).

Эффективность гидролиза крахмала мякоти тыквы оценивали по степени гидролиза крахмала (ЭГ, %), рассчитываемой по формуле:

ЭГ = СПГ 100%

НАТ где СПГ – количество крахмала в мякоти тыквы после проведения ферментативного гидролиза, г/100 г; СНАТ – количество нативного крахмала в мякоти тыквы, г/100 г.

Результаты

Одним из факторов, влияющих на эффективность ферментативного гидролиза крахмала является температура его клейстеризации, при этом известно что для разных крахмалсодержащих культур температура клейстеризации крахмала различна [19, 20]. При анализе доступной научнотехнической литературы не было найдено сведений о температуре клейстеризации тыквенного крахмала, поэтому в эксперименте необходимо установить не только дозировку фермента для гидролиза крахмала, но и подобрать минимальную температуру и продолжительность процесса.

На рисунке 1 показано изменение консистенции тыквенного пюре в зависимости от температуры нагрева массы.

ч

(Й

S

S

(Й

X

(Й В

о и м W со

W л

3 ю о ю о

Грибовская зимняя Россиянка

Зимняя сладкая

—ж— Улыбка

Оранжевая кустовая

—X— Алтайская кустовая

Рисунок 1. Кривые, демонстрирующие процесс клейстеризации крахмала тыквенного пюре

Figure 1. Curves showing the gelatinization process of pumpkin puree starch

Далее определяли минимальную дозировку ферментного препарата достаточную для полного гидролиза нативного крахмала тыквы в течение 60 минут при температуре 70 °С.

В опыте варьировали дозировку ферментных препаратов (на преобладающую α-амилазную активность) от 5 до 50 ед. АС/г сырья. Продолжительность ферментолиза определяли по йодной пробе, проводимой при микроскопировании (400–600 крат).

Результаты экспериментов представлены на рисунках 2–5 (на примере тыквенного пюре из тыквы сорта «Грибовская зимняя»).

5 ед. АС/г

15 ед. АС/г

25 ед. АС/г

35 ед. АС/г

45 ед. АС/г

♦ 55 ед. АС/г

X

5 ед. АС/г

15 ед. АС/г х 25 ед. АС/г

▲ 35 ед. АС/г

45 ед. АС/г

♦ 55 ед. АС/г

0           20          40          60

Продолжительность ферментолиза, мин

Duration of fermentolysis, min

20 tw

0 /ж ж

Продолжительность ферментолиза, мин

Duration of fermentolysis, min

Рисунок 4. Эффективность гидролиза крахмала тыквы при использовании ферментного препарата Альфалад БТ

Рисунок 2. Эффективность гидролиза крахмала тыквы при использовании ферментного препарата Termamyl SC

Figure 2. Efficiency of hydrolysis of pumpkin starch using the enzyme preparation Termamyl SC

5 ед. АС/г

15 ед. АС/г

25 ед. АС/г

35 ед. АС/г

45 ед. АС/г

55 ед. АС/г

0          20         40         60

Продолжительность ферментолиза, мин Duration of fermentolysis, min

Figure 4. Efficiency of hydrolysis of pumpkin starch using the enzyme preparation Alfalad BT

5 ед. АС/г

■ 15 ед. АС/г

X 25 ед. АС/г

▲ 35 ед. АС/г

45 ед. АС/г

♦ 55 ед. АС/г

\Я>

0          20         40         60

Продолжительность ферментолиза, мин Duration of fermentolysis, min

Рисунок 3. Эффективность гидролиза крахмала тыквы при использовании ферментного препарата Амилоризин

Рисунок 5. Эффективность гидролиза крахмала тыквы при использовании ферментного препарата Альфалад БН

Figure 5. Efficiency of hydrolysis of pumpkin starch using the enzyme preparation Alfalad BN

Figure 3. Efficiency of hydrolysis of pumpkin starch using the enzyme preparation Amylorizin

Образцы тыквенного пюре после ферменто-лиза охлаждали и проводили органолептическую оценку. Как показали результаты дегустационного анализа после ферментолиза амилолитическими

Rozhnov E.D. et al. Proceedings of VSUET, 2024, vol. 86, no. 2, pp. 248-254 ферментными препаратами отмечаемый в нативном тыквенном пюре вкус сырых овощей и неприятный крахмальный привкус стали практически неощущаемыми, что доказывает эффективность предложенного метода направленного ферментолиза для повышения качества полуфабриката из мякоти тыквы.

Обсуждение

Как показывают результаты, представленные на рисунке 1 температура клейстеризации тыквенного крахмала лежит в диапазоне от 65 до 75 °С для всех изучаемых сортов тыквы. При повышении температуры нагрева свыше 75 °С начинается процесс разваривания крахмала, что сопровождается снижением вязкости тыквенного пюре. Таким образом, этот температурный диапазон должен быть положен в основу при разработке промышленной технологии ферментолиза тыквенного пюре при выработке полуфабрикатов для использования на предприятиях общественного питания.

По результатам выполненного комплекса исследований (рисунки 2–5) было установлено, что для полного гидролиза крахмала тыквы ферментным препаратом Termamyl SC достаточно дозировки препарата 25 ед. АС/г сырья и продолжительности ферментолиза 40–45 минут. Практически аналогичные результаты были достигнуты при использовании ферментного препарата Амилоризин – полный гидролиз крахмала также достигался при дозировке ферментного препарата 25 ед. АС/г сырья, однако для этого требовалось не менее 50–55 минут. Использование препаратов Альфалад БН и Альфалад БТ показало более худшие результаты. При использовании Альфалад БТ полный гидролиз крахмала тыквы достигался при дозировке препарата 45–55 ед. АС/г сырья и длительности ферментолиза 55–60 минут. Эксперимент с использованием ферментного препарата Альфалад БН показал, что максимальная степень гидролиза крахмала, равная 89–93 % достигается при дозировках 45–55 ед. АС/г сырья и длительности ферментолиза 60 минут. Полный гидролиз крахмала ферментным препаратом Альфалад БН достигнут не был, поэтому при проведении дальнейших исследований применение данного препарата α-амилазы является нецелесобразным.

Заключение

По результатам выполненных исследований были сделаны следующие основные выводы: температура клейстеризации тыквенного крахмала находится в пределах 65–75 °С, что необходимо учитывать при разработке биотехнологических методов переработки тыквы;

наиболее подходящими ферментными препаратами для направленного ферментолиза крахмалистой части тыквенного пюре являются препараты α-амилазы Termamyl SC и Амилоризин в дозировке 25 ед. АС/г сырья, обеспечивающие полный гидролиз крахмала в течение 40–55 минут Представленные результаты исследований позволяют создать предпосылки для промышленной технологии переработки тыквы в полуфабрикаты с высокой пищевой и биологической ценностью за счет низко температурного воздействия на нативное сырье, что позволит повысить органолептические свойства готового продукта, а также сохранить каротиноиды тыквы в процессе переработки.