Получение функциональных пищевых добавок при комплексной переработке фруктов и овощей пониженного качества с применением методов биотехнологии

Карлов В. А. и др. Получение функциональных пищевых добавок при комплексной переработке фруктов и овощей пониженного качества с применением методов биотехнологии. Вестник МГТУ. 2024. Т. 27, № 3. С. 302–315. DOI:

Karlov, V. A. et al. 2024. Producing food supplements by complex processing of fruits and vegetables of reduced quality using biotechnology methods. Vestnik of MSTU, 27(3), pp. 302–315. (In Russ.) DOI:

Одной из актуальных проблем современной пищевой промышленности является переработка фруктов и овощей пониженного качества (далее – ФРОВПК), которые отличаются проявлением таких дефектов, как нестандартные форма, размер и цвет, увядание и старение, помятости, порезы, нарушение целостности упаковки и другие возможные дефекты. Подобное сырье уже не соответствует требованиям нормативных документов (ГОСТ 57976-2017¹) и по действующему законодательству и санитарным нормам должно быть утилизировано² (СП 2.3.6.3668-20). Однако данное сырье имеет ценный химический состав, характерный для растительного сырья. При этом, как уже писалось выше, в современных реалиях в торговых сетях большая часть подобной продукции идет на утилизацию ( Дубцов, 2012; Bancal et al., 2022 ).

Средний объем продовольственных отходов в мире, по данным на 2023 г., составляет – 1,3 млрд т, что соответствует примерно трети всего произведенного продовольствия (Earth. org 2023³). На территории нашей страны количество подобных отходов составляет порядка 17 млн т ( Волкова, 2018 ). При этом на долю фруктов и овощей в развивающихся странах приходится от 24 до 40 % ( Golshan et al., 2017 ). Если учитывать все возможные потери, образующиеся с момента производства до реализации, объем утилизируемой растительной биомассы может достигать 42 млн т в год. На долю фруктов и овощей в этом объеме в среднем приходится до 45 %.

Фрукты и овощи (ФРОВ) – это важная и незаменимая составляющая здорового питания. При систематическом употреблении в пищу биологически активных веществ (БАВ), входящих в их состав, можно отметить такие биологические эффекты, как иммуномодулирующее, антиоксидантное, кардиопротекторное и другие ( Сбитнева, 2019 ). Состав подобного сырья разнообразен, ФРОВ богаты различными макро-и микроэлементами: витамины (А, группы В, С, Е, К, РР и др.), минеральные вещества (Na, K, Ca, Cu, Fe, Mg и др.), а также многие минорные компоненты, обладающие функциональным эффектом (органические кислоты, биофлавоноиды, индольные соединения, биогенные амины и др.) ( Шевякова и др., 2014 ).

Следует учитывать, что данное сырье относится к скоропортящемуся, поскольку содержит повышенное количество воды и углеводов ( Fabunmi et al., 2015 ). Потерявшие свежесть ФРОВ уже не подлежат реализации в торговой сети и направляются на утилизацию. При этом признаки микробиологической порчи (гниения, плесневения и т. д.), при которых продукция перестает быть безопасной, еще не наблюдаются. На самых ранних сроках (незаметные потемнения, битости и небольшая потеря упругости) подобное сырье еще можно реализовать по сниженным ценам, однако это требует тщательного отбора и контроля состояния продукции. Частично некондиционные ФРОВ идут на вторичное использование – изготовление джемов, повидла, варенья; незначительная часть направляется в агросектор в качестве добавок в комбикорма для сельскохозяйственных животных или для получения органических удобрений ( Ажгиревич и др., 2022 ).

Еще одним направлением использования ФРОВПК является приготовление питательного субстрата для разведения полезных насекомых и микроорганизмов, но данные технологии специфичны и определяются требованиями заданного продукта ( Шайхиев и др., 2020; Способ…, 2022 ). Еще один способ использования ФРОВ пониженного качества – кормовое сырье для различных животных ( Искусственные..., 2021 ). В большинстве своем подобные отходы подвергаются захоронению или сжиганию на специальных или неофициальных полигонах, и только небольшое их количество (от 6 до 15 % – в зависимости от вида сырья, производства, региона) идет на переработку ( Валеева и др., 2021; Березенко и др., 2018; Ким и др., 2020 ). При этом данное сырье практически не используется для получения пищевых или биологически активных добавок.

Следует отметить, что существующие методы утилизации (захоронение, сжигание) некондиционного продовольственного сырья представляют серьезную опасность для экологии, а также требуют значительных экономических и территориальных затрат. При захоронении растительного сырья под действием специфических микроорганизмов, происходит его деградация без доступа кислорода, что приводит к повышенному газообразованию. Выделяющиеся газы (метан 40–70 %; диоксид углерода 30–60 %; оксиды азота, серы и другие) отравляют воздух, почву и сточные воды ( Колесников, 2023 ). При аэробном сжигании отходов также образуются ядовитые и парниковые газы, нарушающие экологию ( Капитонов и др., 2023 ).

В настоящее время ведутся активные исследования по разработке различных технологий переработки ФРОВ пониженного качества ( Комплекс…, 2018; Метод…, 2015 ), но среди подобных работ практически нет исследований по получению пищевых добавок функционального назначения.

Отдельно стоит отметить получение биогаза из ФРОВ пониженного качества. Для этого применяются анаэробная ферментация, электроферментация, технологии микробных топливных элементов и др. ( Потороко и др., 2021; Кадысева и др., 2021 ), что позволяют получать продукты с добавленной стоимостью и решить некоторые проблемы с растительными отходами. Но данные технологии требуют специального оборудования и специфического микробиологического сообщества, что пока ограниченно предлагается промышленностью.

Представляют интерес технологии глубокой переработки растительного сырья пониженного качества с получением фруктовых или овощных порошков, пюре, паст и соусов, что позволяет минимизировать потери от снижения качества ФРОВ. Однако такая переработка не позволяет полностью сохранять биопотенциал сырья, поскольку при тонком измельчении и высоких температурах теряется много тканевого сока, при этом получение порошков обезвоживанием растительной массы сопровождается ее пластификацией и требует индивидуальных режимов ( Способ..., 2014; Неменущая и др., 2009 ).

Целью работы является получение из некондиционных по внешним признакам фруктов и овощей натуральных пищевых добавок с высоким биопотенциалом при их комплексной безотходной переработке с применением ферментативного гидролиза.

Для достижения цели выполнялись следующие задачи: обоснование выбора сырья пониженного качества, актуального для торговых сетей Калининградского региона; изучение его химического состава; исследование ферментативного гидролиза смесей из ФРОВПК с применением карбоксигидраз; фракционирование и обезвоживание гидролизованной смеси с получением водорастворимой и водонерастворимой добавок; исследование их биопотенциала и обоснование рациональных направлений использования.

Материалы и методы

В проводимых исследованиях использовались фрукты и овощи с признаками внешней некондиционности, полученные в торговых сетях Калининградской области и г. Калининград (ООО "SPAR", ООО "Виктория"). В качестве фруктов использовали яблоки, бананы и апельсины, овощи – картофель, огурцы, помидоры и морковь. Главной причиной выбора подобного сырья являлась потребительская популярность и доступность как на территории Калининградской области, так и на территории России в целом ( Ибрашева и др., 2023 ). Данные ФРОВ имели внешние признаки потери свежести и товарного вида (вмятины, трещины, морщинистость), однако у них отсутствовала признаки микробиальной порчи (потемневшие пятна, некоторая помятость, посторонний и/или неприятный запах).

В качестве основной операции при комплексной переработке ФРОВПК использовали ферментативную обработку с применением специфических карбогидраз: целлюлаза (ОАО "Биопрепарат"), β-глюканаза (ООО "Микробиопром"), амилаза (амилосубтилин) и глюкоамилаза (глюкаваморин) (ПО "Сиббиофарм"). Характеристика ферментов представлена в табл. 1.

Таблица 1. Характеристика ферментов, использованных для гидролиза сырья Table 1. Characteristics of enzymes used for raw material hydrolysis

Фермент	Целлюлаза	β-глюканаза	Амилосубтилин БН	Глюкаваморин
Активность	4 000 ед./мл	10 000 ед./мл	Не менее 1 500 ед./г	6 000 ед./мл
Оптимум pH	4,0–7,0	4,0–5,0	5,0–7,5	4,0–5,0
Оптимум температуры, °С	50–65	65–70	60–70	55–65

Пищевые добавки из фруктов и овощей пониженного качества перерабатывали согласно приведенной на рис. 1 схеме.

На начальном этапе ФРОВПК (яблоки, бананы, апельсины, картофель, морковь, помидоры и огурцы) измельчали с получением биомассы, включающей кожуру, семена, пластинки и косточки. Параллельно производилось взвешивание ферментов и подготовка воды с температурой 60 °С. Ферменты предварительно разбавлялись в небольшом количестве подготовленной теплой воды, а после вносились в смеси, составы которых приведены в табл. 2.

Контроль кислотности (pH) полученных смесей осуществлялся на pH-метре MT Measurement РН100B. Исходные значения pH смесей входили в значения оптимумов ферментов: фруктовая смесь – 4,7 ± 0,1; овощная смесь – 5,1 ± 0,1; фруктово-овощная смесь – 4,9 ± 0,1.

Рис. 1. Схема получения пищевых добавок при комплексной переработке ФРОВПК

Fig. 1. Scheme of obtaining food supplements during the complex processing of substandard fruits and vegetables

Таблица 2. Состав ферментируемых смесей Table 2. Composition of enzymatic mixtures

Компонент	Фруктовая смесь	Овощная смесь	Фруктово-овощная смесь
Яблоки, г	125	–	70
Бананы, г	65,5	–	70
Апельсины, г	62,5	–	70
Картофель, г	–	125	52,5
Огурцы, г	–	42	52,5
Помидоры, г	–	42	52,5
Морковь, г	–	42	52,5
Вода, мл	250	250	420
β-глюканаза, %	1,0	–	1,0
Целлюлаза, %	1,0	–	1,0
Амилосубтилин, %	–	0,07	0,035
Глюкаваморин, %	–	0,17	0,1

Ферменты для смесей выбирались с учетом состава и структуры сырья: фрукты содержат много целлюлозы в клеточных стенках и кожуре, эффективно разлагаемые β-глюканазой и целлюлазой; при этом овощные смеси богаты крахмалом, для его расщепления предпочтительны амилаза и глюкоамилаза; в смесях фруктов и овощей есть все вышеперечисленные компоненты, поэтому применяется сочетание всех указанных ферментов.

Процесс ферментативного гидролиза проводили при температуре 65 °С в течение 8 ч при постоянном перемешивании смеси. Для осуществления процесса использовался шейкер с возможностью контроля температуры и скорости вращения платформы.

В процессе ферментолиза каждые 2 ч отбирали пробы, в которых определяли содержание растворимых сахаров рефрактометрическим методом с применением рефрактометра АТС-40.

По окончании процесса образцы смеси переносили на водяную баню и нагревали до 80° в течение 15 мин для пастеризации смесей и инактивации ферментов. Далее смеси фракционировались центрифугированием (3 900 об/мин; 10 мин), при этом наблюдалась их хорошее разделение на жидкую и осадочную фракции. В жидкой части после очистки определяли содержание сухих веществ с применением анализатора влажности OHAUS MB23, после чего ее направляли на обезвоживание.

Осадочную фракцию подвергали конвекционной сушке при температуре 55°, после чего измельчали на измельчителе High Speed Multifunction Grinder Machine. В полученном мелкодисперсном порошке определяли содержание влаги по ГОСТ 28561-90, содержание аскорбиновой кислоты – йодометрическим методом согласно ГОСТ 4815-76, веществ с Р-витаминной активностью – пермарганатометрическим методом ( Степанцова, 2023 ), минеральных веществ – с помощью определения золы по ГОСТ 25555.4-91, пектиновых веществ – модифицированным методом ( Ключко, 2017 ), пищевых волокон – с применением инфракрасной спектроскопии на ИК-Фурье-спектрометре ФТ-801 с обработкой спектров в программе ZaIR 3.5 ( Казаченко, 2019 ).

Перед обезвоживанием жидкой фракции к ней добавляли карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ) в количестве 2 % при предварительном нагреве на водяной бане до температуры 50°. Внесение КМЦ обосновано необходимостью повышения адгезионно-когезионной способности жидкой фракции и улучшения ее обезвоживания при последующей сублимационной сушке, которую проводили на установке Martin Christ Alpha1-2 LDplus (температура –55 °C). В итоге получали водорастворимую добавку в форме тонкодисперсного порошка.

В полученных добавках определяли органолептические показатели описательным методом (ГОСТ 8756.1-2017).

Результаты и обсуждение

Первичный анализ биопотенциала по химическому составу и содержанию БАВ использованных ФРОВПК проводили на основе литературных и справочных данных (табл. 3).

Таблица 3. Химический состав и биопотенциал некондиционных фруктов и овощей и их смесей (г на 100 г) ( Химический…, 2002 ) Table 3. Chemical composition and biopotential of substandard fruits and vegetables and their mixes (g per 100 g) ( Chemical…, 2002 )

Содержание	Яблоки	Бананы	Апельсины	Картофель	Огурцы	Помидоры	Морковь
Вода, г	86,3	74,0	86,8	78,6	95,0	92,0	88,0
Белки, г	0,4	1,5	0,9	2,0	0,8	1,1	1,3
Жиры, г	0,4	0,5	0,2	0,4	0,1	0,2	0,1
Углеводы, г	9,8	21,0	8,1	16,3	2,5	3,8	6,9
Моно- и дисахариды, г	9,0	19,0	8,1	1,3	2,4	3,5	6,7
Крахмал, г	0,8	2,0	–	15,0	0,1	0,3	0,2
Пищевые волокна, г	1,8	1,7	2,2	1,4	1,0	1,4	2,4
Органические кислоты, г	0,8	0,4	1,3	0,2	0,1	0,8	0,3
Зола, г	0,5	0,9	0,5	1,1	0,5	0,7	1,0
Витамины
А, мкг	–	–	–	–	–	–	–
β-каротин, мг/мкг1	30	120	50	20	20	800	12000
В1, мг	0,03	0,04	0,04	0,12	0,03	0,06	0,06
В 2 , мг	0,02	0,05	0,03	0,07	0,02	0,04	0,07
PP, мг	0,3	0,6	0,2	1,3	0,2	0,5	1,0
С, мг	10,0	10,0	60,0	20,0	7,0	25,0	5,0
Е, мг	0,2	0,4	0,2	0,12	0,1	0,7	0,4
Минеральные вещества
Na, мг	26	31	13	5	8	3	21
K, мг	278	348	197	568	141	290	200
Ca, мг	16	8	34	10	23	14	27
Mg, мг	9	42	13	23	14	20	38
Р, мг	11	28	23	58	42	26	55
Fe, мкг/мг2	2,2	0,6	0,3	0,9	0,6	0,9	0,7

Примечание. 1 – содержание для овощей представлено в мкг; 2 – содержание для фруктов представлено в мкг.

Из данных табл. 3 видно, что исходное растительное сырье отличается высоким содержанием углеводов (фрукты: бананы – 21 г/100 г; овощи: картофель – 16,3 г/100 г), богато различными витаминами – А, группы В, С и Е; микроэлементами – К, Na, P, Mg и Fe.

Известно, что при ферментации значительная часть биологически активных веществ сохраняет свою химическую природу и биологические эффекты. Поэтому в результатах исходили из базовой научной гипотезы, что обе получаемые добавки будут содержать БАВы в повышенном (концентрированном) количестве, распределяясь между фракциями в зависимости от растворимости образующихся веществ.

Таким образом предполагали в водорастворимой добавке повышенное количество моно-, дии олигосахаров, минеральных веществ и водорастворимых витаминов. В осадочной водорастворимой фракции потенциально должны содержаться пищевые волокна, а также ряд витаминов, минеральных и других биологически активных соединений.

Общий химический состав композиций ФРОВПК, использованных в эксперименте, приведен в табл. 4.

Таблица 4. Содержание макронутриентов в растительных композициях из исследованных ФРОВПК, %

Table 4. The content of proteins, fats and carbohydrates in plant compositions in the studied substandard fruit and vegetables, %

Содержание	Фруктовая смесь	Овощная смесь	Фруктово-овощная смесь
Вода	83,3	85,9	85,7
Белки	0,8	1,4	1,1
Жиры	0,3	0,2	0,2
Углеводы	12,2	9,7	10,2
Пищевые волокна	1,1	0,9	1,0
Пектиновые вещества	0,9	0,4	0,6
Минеральные вещества	1,4	1,5	1,2

Из данных в табл. 4 можно видеть, что растительные композиции содержат много воды, в них мало белка и жира, они богаты углеводами и минеральными веществами. Фруктово-овощная и фруктовая смеси имеют наиболее высокое содержание углеводов (10,2 и 12,2 % соответственно), в основном представленных моно-, ди- и олигосахаридами, в них также несколько повышено содержание пищевых волокон (1,6 и 2,0 %), представленных пектином и целлюлозой ( Химический…, 2002 ).

В процессе ферментативной обработки под действием карбогидраз происходило количественное накопление простых сахаров, образующихся из углеводов растительных смесей. Динамика накопления водорастворимых сахаров в ферментируемых смесях ФРОВПК представлена на рис. 2.

Рис. 2. Динамика накопления сахаров в смесях ФРОВПК в зависимости от продолжительности ферментолиза Fig. 2. Dynamics of sugar accumulation in mixes of fruits and vegetables depending on the duration of fermentation

Из представленных на рис. 2 данных видно, что наибольшее накопление водорастворимых сахаров происходит во фруктовой смеси, что обусловлено особенностями составов фруктового сырья и природно высоким содержанием в них простых и олигосахаридов (табл. 3). При этом в овощной смеси установлено наименьшее накопление сахаров при ферментации, что связано с преобладанием в их составе нерастворимых целлюлозы и пектина, а также высокомолекулярного полисахарида крахмала.

С учетом полученных данных можно сделать вывод, что ферменты целлюлаза и β-глюканаза обладают наибольшей эффективностью и скоростью действия, что обусловлено химическим составом используемого сырья (большое содержание моно- и олигосахаридов, содержание целлюлозы в клеточных стенках и кожуре). Амилаза и глюкоамилаза показали низкую эффективность, что объясняется доминированием крахмала в составе сырья, которому требуется более интенсивный и продолжительный ферментативный гидролиз. Фруктово-овощная смесь, содержащая все вышеперечисленные ферменты, демонстрирует промежуточные результаты, поскольку сочетает в себе как фруктовые, так и овощные компоненты.

В процессе получения порошкообразных добавок анализировали показатели, обусловливающие выход готовых продуктов и их характеристики по содержанию воды и сухих веществ (табл. 5).

Таблица 5. Характеристики водорастворимой и водонерастворимой добавок из ФРОВПК Table 5. Characteristics of water-soluble and water-insoluble additives derived from fruits and vegetables

Показатель               1 Фруктовая смесь \		Овощная смесь \	Фруктово-овощная смесь
Водорастворимая добавка
Объем жидкой фракции гидролизата, мл (до внесения КМЦ)	190,5	223,0	414,5
Содержание сухих веществ, %	6,0	3,2	4,2
Масса продукта после сушки, г	35,5	38,4	53,9
Содержание воды в порошке, %	6,5	7,2	6,4
Выход продукта, % к массе сырья	14,2	15,4	12,8
Водонерастворимая добавка
Масса нерастворимой фракции гидролизата до сушки, г	226,4	202,5	399,2
Масса после сушки, г	24,9	19,0	33,2
Содержание воды в порошке, %	12,6	10,3	12,4
Выход продукта, % к массе сырья	10,0	7,6	7,9

На основании приведенных в табл. 5 данных можно видеть, что по физическим характеристикам (содержание сухих веществ, выход продукта) полученные порошкообразные продукты близки. Наименьший выход водонерастворимой добавки с наименьшим содержанием воды наблюдается в овощной смеси, что может быть объяснено повышенным содержанием воды в сырье и пониженным – сухих веществ, в том числе пищевых волокон (табл. 4). Наибольший выход твердой фракции установлен для фруктовой смеси, что обусловлено несколько меньшей влажностью сырья, а также повышенным содержанием пектина, целлюлозы и гемицеллюлозы в кожуре фруктов, устойчивых к ферментам и обладающих повышенной влагоудерживающей способностью.

В полученных порошках было исследовано содержание биологически активных соединений. Результаты оценки витамина С, веществ с Р-витаминной активностью (флавоноиды: флавонолы, флаван-3-олы, изофлавоноиды и др.), обладающих антиоксидантной активностью, а также пищевых волокон и минеральных веществ, выполняющих важные физиологические функции в организме человека, приведены в табл. 6. Все названные вещества относятся к функциональным пищевым ингредиентам с доказанным благотворным физиологическим эффектом, присутствие которых в пищевых продуктах желательно и при количестве более 15 % суточной нормы обусловливает их функциональность (ГОСТ Р 52349-2005; ГОСТ Р 54059-2010).

Таблица 6. Содержание функциональных пищевых ингредиентов в полученных пищевых добавках и степень удовлетворения в них относительно установленных физиологических потребностей Table 6. The content of vitamin C, substances with vitamin P activity, dietary fibers, and ash in water-soluble and water-insoluble additives, as well as the percentage of their compliance with established physiological norms

Образец	Витамин С		Витамин Р		Пищевые волокна
	Содержание, мг/100 г	% удовлетв. от УСФП1 / СФПП2	Содержание, мг/100 г	% удовлетв. от УСФП / СФПП	Содержание, мг/100 г	% удовлетв. от УСФП / СФПП
Водо			растворимая добавка
Фруктовая смесь	72,0	80,0 / 36,0	122,4	244,2 / 61,2	–	–
Овощная смесь	65,6	72,9 / 32,8	13,6	27,2 / 6,8	–	–

Фруктовоовощная смесь	126,7	140,8 / 63,3	259,7	518,0 / 129,9	–	–
Водонерастворимая добавка
Фруктовая смесь	13,2	14,7 / 6,6	36,5	73,0 / 18,2	15,6	52,0 / –
Овощная смесь	8,8	9,8 / 4,4	2,0	4,0 / 1,0	13,2	44,0 / –
Фруктовоовощная смесь	15,4	17,1 / 7,6	72,3	144,6 / 36,1	17,4	58,0 / –

Примечание. 1 – УСФП – установленная суточная физиологическая потребность согласно MP 2.3.1.0253-21; 2 – СФПС – суточная физиологическая потребность для спортсменов ( Bojanic et al., 2011; Эллер и др., 2020 ).

Из данных табл. 6 видно, что водорастворимые добавки отличаются повышенным содержанием витамина С: наибольшее содержание во фруктово-овощной смеси – 126,7 мг/100 г, что составляет 140,8 % от суточной потребности среднестатистического человека (МР 2.3.1.0253-21) и 63,3 % от суточной потребности для спортсменов ( Bojanic et al., 2011 ). Наименьшее содержание витамина С отмечается в овощной смеси (32,8 мг/100 г), что обусловливается его пониженным содержанием в данном сырье изначально. Содержание веществ с Р-витаминной активностью (в пересчете на рутин) в наибольшем количестве наблюдается во фруктовой и фруктово-овощной смесях (соответственно 122,4 и 259,7 мг/100 г), что также обусловлено их повышенным содержанием в сырье.

Стоит отметить высокое содержание пищевых волокон в водонерастворимых добавках, особенно полученных из фруктовой и фруктово-овощной смесей (15,6 и 17,4 г/100 г). При их ежесуточном употреблении в количестве 100 г физиологическая норма потребности в пищевых волокнах будет удовлетворяться соответственно на 52,0 и 58,0 %.

Исходя из полученных данных и действующих технических документов (ГОСТ Р 52349-2005 и ГОСТ Р 55577-2013), можно сделать вывод, что полученные водорастворимые и водонерастворимые добавки при употреблении в сутки 100 г будут обеспечивать поступление в организм исследованных функциональных ингредиентов от 9,8 до 140,8 % суточной потребности для обычного человека и от 4,4 до 63,3 % для спортсменов скоростно-силовых видов спорта.

По этим показателям добавки можно отнести к функциональным пищевым продуктам и рекомендовать употреблять многим группам населения для компенсации дефицита данных БАВ, а также спортсменам, организм которых требует повышенного поступления установленных функциональных пищевых ингредиентов.

Качественный состав пищевых волокон и других полисахаридов в водонерастворимой добавке устанавливали по ИК-спектрам (рис. 3).

Рис. 3. ИК-спектр образца фруктово-овощной добавки

Fig. 3. The IR spectrum of a fruit and vegetable additive sample

Сравнение спектральных характеристик образцов позволяет выявить основные компоненты пищевых волокон, а именно целлюлозу, крахмал, гемицеллюлозу и некоторые олигосахариды. Наблюдаемые спектральные особенности свидетельствуют о преобладании целлюлозы в структуре образцов. В спектрах инфракрасного (ИК) поглощения всех образцов выявлены интенсивные полосы поглощения в области 2 930–2 910 см–1 и 1 360–1 250 см–1, которые соответствуют валентным колебаниям С–H в метиленовом фрагменте целлюлозы. Характерный ИК-спектр целлюлозы включает в себя поглощения, в основном, трех гидроксильных групп, присутствующих в каждом глюкопиранозном звене. Наличие гидроксильных групп, входящих в состав вторичных спиртов, подтверждается обнаружением пиков в диапазоне 3 200–3 300 см–1, соответствующих валентным колебаниям атомов О–H и образованию внутримолекулярных и межмолекулярных водородных связей (Тарасенко и др., 2012; Cichosz et al., 2019).

Для рекомендации использования полученных порошков в качестве пищевых добавок была проведена их органолептическая оценка. Терминологические описания основных показателей качества, свидетельствующие о гастрономических достоинствах полученных добавок, приведены в табл. 7.

Таблица 7. Органолептические показатели полученных пищевых добавок Table 7. Organoleptic parameters of the obtained food supplements

Показатель добавки		Фруктовая смесь	Овощная смесь	Фруктово-овощная смесь
Цвет	Водорастворимая	Светло-коричневый с желтым оттенком
	Водонерастворимая	Коричневый       \	Светло-коричневый \	Коричневый
Внешний вид	Водорастворимая	Тонкодисперсный порошок
	Водонерастворимая	Мелкий порошок
Запах	Водорастворимая	Приятный, нейтральный, свойственный данной смеси, без порочащих и
		неп	иятных признаков
	Водонерастворимая	Приятный, фруктовый, свойственный данной смеси, с отчетливыми оттенками аромата банана и апельсина	Приятный, овощной, свойственный данной смеси, с некоторыми оттенками запаха помидор	Приятный, сложный, свойственный данной смеси, с цитрусовыми и овощными оттенками
Вкус	Водорастворимая	Приятный, характерный для используемой смеси, слегка желирующий при формировании пищевого комка
	Водонерастворимая	Приятный, фруктовый, характерный для используемой смеси, немного вяжущий, с легкой горечью	Приятный, овощной, характерный для используемой смеси, немного вяжущий, с небольшой кислинкой	Приятный, сложный, характерный для используемой смеси, с привкусом фруктов и овощей (цитрусовые, помидоры), немного вяжущий

Анализируя полученные данные, можно сформулировать следующие рекомендации по применению полученных добавок из ФРОВПК. Фруктовые водорастворимые и водонерастворимые добавки, обладающие сладковатыми привкусами и ароматами, могут найти свое применение в качестве компонентов кондитерских изделий, продуктов для детей и подростков, а также в спортивном питании (протеиновых батончиках, гейнерах, различных коктейлях) в качестве натуральной вкусо-ароматической добавки и источника БАВ с антиоксидантными, иммунномодулирующими и другими полезными свойствами. Овощная и фруктовоовощная добавки, характеризующиеся многогранными органолептическими оттенками и повышенным содержанием пищевых волокон и других БАВ (витаминами А, группы В, С, Р; минеральными веществами; минорными компонентами), могут найти свое применение в самых разнообразных пищевых продуктах (кондитерские изделия, кисломолочная продукция, мясные и рыбные полуфабрикаты и др.), а также в специализированных продуктах профилактического направления в качестве источников компонентов с пребиотическими свойствами.

С учетом данных по содержанию биологически активных веществ полученные добавки можно отнести к функциональным пищевым продуктам (ГОСТ Р 55577-2013) и рекомендовать к использованию в качестве обогащающих компонентов в составе проектируемых функциональных и специализируемых продуктов самого широкого спектра (для спортсменов, лиц пожилого возраста, школьников и студентов, работников интеллектуального и тяжелого физического труда и т. д.). Как источники натуральных усвояемых сахаров они могут быть рекомендованы в составе продуктов, предназначенных для больных диабетом или расположенных к этому заболеванию.

Стоит отметить возможное применение полученных порошкообразных продуктов в спортивном питании. Высокое содержание углеводов, содержание антиоксидантов (витамины С и Р), пищевых волокон – все это может обеспечить их применение в производстве различных спортивных продуктов (гейнеры, витаминные комплексы, отдельные добавки, батончики и каши).

Полученные пищевые добавки могут также найти применение в косметической индустрии, например, в качестве активных компонентов в питательных и омолаживающих кремах, лосьонах и масках. В микробиологической сфере добавки могут быть использованы как составляющие питательных сред для выращивания различных микроорганизмов. В фармацевтической промышленности эти добавки возможно использовать в составе наполнителей для таблеток, экстрактов и гелей, обеспечивая стабилизацию качества и эффективность действия. Благодаря наличию функциональных пищевых ингредиентов они могут быть интегрированы в рецептуры биологически активных добавок (БАД) к пище самого широкого спектра действия (антиоксидантного, иммуномодулирующего, пребиотического и др.), оказывающих профилактическое действие против многих неинфекционных заболеваний или так называемых "болезней цивилизации".

Заключение

В результате проведенных исследований:

• 1)    проанализирован процесс комплексной переработки фруктов и овощей пониженного по внешним признакам качества, основанной на ферментативном гидролизе, фракционировании и обезвоживании, с получением натуральных пищевых добавок двух видов (водорастворимой и водонерастворимой), обладающих повышенной биологической ценностью;

• 2)    обоснован выбор фруктов и овощей, наиболее подверженных быстрой порче, с учетом их региональной доступности, актуальности для торговых сетей и потребительской востребованности: яблоки, бананы, апельсины, картофель, морковь, помидоры и огурцы. Показан химический состав и биопотенциал используемого растительного сырья и их различных композиций по содержанию биологически активных веществ;

• 3)    показана динамика накопления водорастворимых сахаров и сухих веществ, а также выход обезвоженных добавок в процессе ферментативного гидролиза смесей некондиционного растительного сырья с применением различных карбоксигидраз (целлюлаза, β-глюканаза, амилаза и глюкоамилаза). Установлено, что целлюлаза и β-глюканаза проявляют наивысшую эффективность по содержанию сахаров в ферментированных растительных композициях;

• 4)    охарактеризованы органолептические показатели полученных порошков. Доказано, что они обладают приятными сенсорными характеристиками, позволяющими применять их в качестве натуральных полифункциональных пищевых добавок с привнесением специфических гастрономических привкусов.

Авторский коллектив выражает признательность торговым сетям Калининградской области "SPAR" и "Виктория" за предоставленное сырье, а также преподавателям кафедры химии ФГБОУ ВО "Калининградский государственный технический университет" кандидату технических наук Воротникову Б. Ю. и Булычеву А. Г. за помощь в проведении лабораторных анализов.