Разработка технологии получения биокомпозита на основе семян облепихи Габанова Галина Владимировна

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Литературный обзор.

1.1. Характеристика масличного сырья

1.1.1. Химический состав семян масличных растений 9

1Л .2. Использование семян масличных растений на пищевые и лечебные цели 17

1.2. Биотрансформация некрахмальных полисахаридов растительного сырья - перспективный метод пищевых технологий.

1.2.1. Химический состав оболочек семян 26

1.2.2. Целлюлолитические ферменты 28

1.2.2.1. Использование ферментных препаратов с целью деструкции целлюлозы в семенах масличных растений .31

1.2.2.2. Природные источники

цитолитических ферментов 33

ГЛАВА 2. Экспериментальная часть.

2.1. Материалы и методы исследований 40

2.2. Исследование химического состава семян облепихи .

2.2.1. Общий химический состав 47

2.2.2. Исследование биологически активных веществ 49

2.2.3. Липиды семян облепихи 55

2.2.4. Характеристика белков семян облепихи 59

2.2.5. Сортовые особенности химического состава 64

2.3. Разработка технологического регламента ферментации грубых волокон оболочки семян.

2.3.1. Обоснование необходимости ферментации грубых волокон оболочки семян 68

2,3.2. Выбор и характеристика природного источника целлюлолитических ферментов для биотрансформации оболочки семян 69

2.3.3. Установление параметров ферментации клетчатки 72

2.4. Разработка технологии получения биокомпозита «Облепиховый».

2.4.1. Обоснование рецептуры и технологической схемы производства биокомпозита 78

2.4.2. Пищевая ценность биокомпозита 83

2.4.3. Санитарно-гигиенические характеристики биокомпозита 84

2.5. Установление сроков хранения биокомпозита из семян облепихи.. 85

2.6. Рекомендации по использованию биокомпозита в

пищевой промышленности 89

Выводы 91

Список использованных источников

• Использование семян масличных растений на пищевые и лечебные цели
• Целлюлолитические ферменты
• Исследование химического состава семян облепихи
• Обоснование необходимости ферментации грубых волокон оболочки семян

Введение к работе

Актуальность темы. При переработке растительного сырья важным фактором является освоение безотходных технологий. В настоящее время практически повсеместное использование традиционных, иногда устаревших, технологий приводит к накоплению большой массы малоиспользуемых отходов от переработки различного биосырья. В то же время изучение специалистами химического состава отходов подтверждает тот факт, что практически все отходы являются ценными вторичными сырьевыми ресурсами. В районах Сибири промышленной ягодной культурой является облепиха - культура, характеризующаяся не только надежным плодоношением и устойчивым уровнем окупаемости, но и уникальным биохимическим составом. Только промышленные сады Селенгинского района республики Бурятия могут давать 700-800 тонн ягод в год. При комплексной переработке плодов облепихи, когда предусмотрено первоначальное отделение семян от мякоти плодов, семена уходят в отходы. В условиях промышленной переработки 1 т ' ягод облепихи объем отходов из семян составляет 60-100 кг.

На практике химический потенциал и природный ресурс облепиховых семян используется не полностью, поскольку не установлена их пищевая ценность. Хотя в последнее время интерес ученых привлекают семена облепихи как источник «белого» масла, которое в Китае используют в качестве лечебного и профилактического средства.

Дальнейшее расширение направлений практического использования семян облепихи неразрывно связано с комплексным подходом к переработке семян облепихи, основанным на оптимальном использовании их возможностей как ценного сырьевого источника в сочетании с научно обоснованными технологическими решениями. Одним из новых направлений переработки облепиховых семян является использование биотехнологических методов их обработки.

Перспективу для использования семян облепихи в пищевой промышленности определяет доступность сырья, но для решения вопроса о ее пищевой значимости требуются расширенные исследования ее химического состава.

В этой связи изучение химического состава семян облепихи с целью использования в производстве пищевых продуктов является актуальным.

Цель и задачи исследований. Целью работы является изучение химического состава облепиховых семян и разработка технологии получения биокомпозита на основе семян для пищевых целей.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

исследовать общий химический состав семян облепихи;

исследовать сортовые особенности химического состава семян наиболее перспективных сортов облепихи, находящихся на сортоиспытании в Новосибирской плодово-ягодной опытной станции;

установить пищевую ценность семян;

выбрать растительное сырье, содержащее природные цитолитические ферменты для биотрансформации некрахмальных полисахаридов семян;

изучить возможность деструкции нерастворимых грубых полисахаридов оболочки семян ферментами растительного сырья; разработать технологию получения биокомпозита на основе ядра семян облепихи, ферментированной оболочки семян и ячменного солода;

определить пищевую ценность и сроки хранения биокомпозита; разработать нормативную документацию на новый вид продукта; оценить возможность использования биокомпозита в кондитерской промышленности.

Научная новизна. Исследована пищевая ценность семян облепихи. Показано, что семена являются источниками таких биологически активных веществ, как токоферолы, флавоноиды, полиненасыщенные жирные кислоты, фосфолипиды, макро- и микроэлементы. На основании изучения химического состава разных сортов семян выявлены различия по содержанию белков, жиров и биологически активных веществ. Доказана возможность использования целлюлолитических ферментов ячменного солода для энзиматической деструкции нерастворимых полисахаридов оболочки облепихового семени. Установлены условия их ферментации, в результате которой происходит частичный переход некрахмалистых полисахаридов в растворимое состояние с накоплением целлобиозы и глюкозы. Установлена пищевая ценность биокомпозита и рекомендуемые сроки его хранения.

Практическая ценность.. На основе проведенных исследований предложена технология получения биокомпозита «Облепиховый» на основе ядер семян облепихи, ферментированной клетчатки и ячменного солода.

Разработана нормативная документация на биокомпозит «Облепиховый» ТУ 916942-050-02069473-2004.

Рекомендовано использование биокомпозита в производстве печенья.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждены на: Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы адекватного питания в эндемичных регионах» (Улан-Удэ,2001), международной научно-практической конференции «Пища. Экология. Качество.» (Новосибирск, 2002), региональной научно-практической конференции «Биологически активные добавки в клинической и профилактической медицине» (Улан-Удэ, 2003), всероссийских научно-технических конференциях «Технологии живых систем» (Москва, 2003), «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (Москва, 2004), Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2003), всероссийском конгрессе «Политика здорового питания в России» (Москва, 2003), ежегодной

аспирантско-студенческой конференции «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2002), научных конференциях сотрудников и аспирантов Восточно-Сибирского государственного технологического университета 2001-2004гг.

Работа выполнялась по проекту «Получение биоконцентратов для создания продуктов функционального питания на основе биотрансформации побочного сырья при переработке облепихи» по научно-технической подпрограмме «Технология живых систем» Министерства образования и науки РФ по разделу «Высокоэффективные пищевые технологии и технические средства для их реализации».

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 13 работ, получено положительное решение на патент «Пищевой продукт из семян облепихи» №2003119999/13 (021235) от 01.07.03

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 2-х глав литературного обзора, 6-й глав экспериментальной части, выводов, списка литературы и приложений.

Работа содержит 108 страниц компьютерного текста, 16 таблиц, 9 рисунков, 4 приложения. Библиография включает 177 наименований.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Характеристика масличного сырья.

Масличными называются такие растения, в семенах и плодах которых жиры и масла накапливаются в количествах, экономически оправдывающих их промышленное использование. В группу масличных включено более 100 видов растений. У некоторых растений в семенах накапливается масла 50..70% их сухой массы [69, 150].

В зависимости от использования масличные растения делятся на несколько подгрупп. Если растения выращивают с целью получения из семян жирного масла, а другие продукты менее ценны по сравнению с маслом, то их можно назвать чисто масличными. К ним относятся подсолнечник, рапс, горчица, маслина, клещевина, кунжут, хлопчатник, сафлор, тунг и др. Во вторую группу включают растения, в семенах которых, несмотря на высокое содержание масла, нелипидная часть представляет более высокую хозяйственную ценность. Это, во-первых, растения, богатые легкоусвояемыми белками: белково-масличные (соя, арахис); во-вторых, растения, из нелипидной части которых получают пряности - пряно-масличные (горчица). Следующую подгруппу масличных растений составляют прядильно-масличные. Извлечение масла из их семян является не единственной целью возделывания этих растений, так как не менее важно получение из них волокна. К ним относят хлопчатник, лен, коноплю. Четвертую подгруппу составляют эфирномасличные растения, в семенах которых, наряду с жирами, содержится эфирное масло. Представитель этой подгруппы растений - кориандр.

По мере развития техники и технологии извлечения масел из растительных тканей группа масличных растений непрерывно расширяется. С каждым годом она все больше пополняется растениями со сравнительно невысоким содержанием масла в их тканях и органах [150]. Если сравнительно недавно была экономически оправдана промышленная переработка только семян, содержание масла в которых составляло не менее 25% их массы, то в

настоящее время промышленность успешно перерабатывает растительное масличное сырье, содержащее не более 10-15% масла. Современные методы исследования позволяют обнаружить в семенах и плодах огромное количество биологически активных веществ.

Наряду с семенами масличных растений все шире интерес ученых привлекают маслосодержащие отходы пищевых производств: семена винограда, тыквы, томатов, облепихи, а также маслосодержащие части семян немасличных растений: зародыши семян пшеницы, риса, кукурузы, плодовые косточкии и т.п. При переработке овощей, фруктов, ягод и других видов сельскохозяйственной продукции семена отделяют и из них получают растительные масла, пищевой белок, биологически активные добавки. Этим видам масличного сырья уделяют все больше внимания. Это объясняется прежде всего необходимостью расширения сырьевых ресурсов и использования отходов производства и вторичных материальных ресурсов, а также ценными свойствами их масел, нашедшими применение в различных отраслях промышленности.

1.1.1. Химический состав семян масличных растений

Подсолнечник - наиболее важная масличная культура. В лучших сортах подсолнечника содержание высококачественного пищевого масла достигает более 50% от массы семянки и более 70 % от массы семени (ядра). Обезжиренный остаток шрот, полученный при переработке подсолнечника, богат пищевым белком, а в плодовых оболочках семян содержатся пентозаны, что позволяет использовать их как сырье для гидролизных заводов. По жирнокислотному составу триацилглицеролов различают подсолнечник линолевого типа (содержание линолевой кислоты в масле 70%) и подсолнечник олеинового типа (содержание олеиновой кислоты более 70%).

Химический состав подсолнечников, поступающих на переработку, колеблется в значительных пределах в зависимости от сорта, условий возделывания и послеуборочной обработки семян:

Белки, % 16-20

Масличность семянки, % 45-55

Клетчатка,% 1,8-3,8

Зола, % 2,9-3,8

После извлечения масла из подсолнечных семян получают обезжиренный остаток — шрот с высоким содержанием белка (44-47%) и относительно небольшим содержанием плодовой оболочки.

Главный белок подсолнечных семян - гелиантин. Это 11 S-глобулин, в составе которого много глутаминовой кислоты (26% от суммы аминокислот), аспарагиновой кислоты (14%) и аргинина (9,7%). Количество аминокислот, содержащих серу невелико. Аминокислотный состав белков подсолнечных семян свидетельствует о достаточно высокой биологической ценности подсолнечного шрота. Получение пищевых белков из семян подсолнечника в настоящее время приобрело промышленное значение. Основное направление их использования - обогащение хлебобулочных изделий и других пищевых продуктов растительным белком. К сожалению, получение пищевого подсолнечного белка осложняется присутствием хлорогеновой кислоты и других фенольных соединений, вызывающих потемнение продуктов при тепловой обработке.

Масличный рапс известен в Европе с давних пор [70, 150]. В XVI в. его выращивали в Бельгии и Голландии, затем он распространился в Германию, Францию, Данию, Польшу, Россию. Рапсовое масло - одно из наиболее потребляемых в мире растительных масел. Жирнокислотный состав пищевого рапсового масла подобен оливковому. Негативной особенностью жирнокислотного состава рапсового масла является присутствие эруковои и эйкозеновой жирных кислот. В Канаде, Франции и ряде других стран осуществлена успешная селекция рапса с пониженным содержанием эруковои кислоты в триацилглицеролах и гликозинолатов (тиогликозидов) при одновременном увеличении масличности семян и урожайности. После

извлечения масла из семян остается шрот, содержащий около 26% белков, который используется в кормопроизводстве.

Кунжут - древнейшая масличная культура [2]. Семена кунжута используют для выработки жирного кунжутного (сезамового) масла, для обсыпки булочных изделий, а также для получения тахинной халвы. Семена кунжута являются высокоценным пищевым продуктом. Высокое содержание в семенах масла и белка, в сумме составляющих 2/3 массы (до 58% липидов и до 26% белка), делает целесообразным использование белков из необезжиренных и обезжиренных семян для обогащения различных кулинарных изделий, особенно мучных кондитерских. Групповой состав белков кунжута представлен солерастворимыми, водорастворимыми и щелочерастворимыми белками, % азота которых составляет 13,05, 5,0 и 4,32% соответственно. Массовая доля небелкового азота невелика.

По жирнокислотному составу кунжутное жирное масло относится к олеиново - линолевому типу, в составе его триацилглицеролов массовая доля олеиновой кислоты составляет от 41 до 45%, а линолевой - от 42 до 44% суммы жирных кислот.

Кроме масличных семян и плодов источниками получения масел пищевого назначения служат разнообразные маслосодержащие отходы пищевых и других производств, перерабатывающих сельскохозяйственное сырье. Сравнительно неповрежденными оказываются маслосодержащие отходы, которые отделяют от основного продукта в виде целых семян. Плодовые косточки, семена винограда, облепихи, томатов, арбузов и другие аналогичные отходы сокоэкстрактного, винодельческого и консервного производства не подвергаются воздействиям, которые приводят к механическому повреждению тканей. Крупные масштабы современных производств позволяют концентрировать эти отходы в больших количествах. Высокая пищевая ценность и низкая стоимость отходов делают перспективной их переработку с целью более полного использования.

Начиная с 30-х годов, зарубежными и отечественными учеными вопросам изучения виноградных семян уделяется много внимания [73, 90, 116, 158]. Интерес к этому виду вторичного сырья обусловлен биохимическими, экономическими, экологическими аспектами. Химический состав виноградных семян содержит сложный комплекс пищевых и фитохимических соединений, качественный и количественный состав которых позволяет рассматривать их в качестве сырьевого источника для производства широкого ассортимента продуктов (масла пищевого, фармакологического, косметологического и технического назначения, красителей, биологически активных добавок различного функционального назначения, кормового и пищевого белка, танина, фитина и других) [33,86, 87]. Химический состав представлен в таблице 1.

Таблица 1.-Химический состав виноградных семян

]2

Анализ приведенных данных показывает, что семена винограда содержат ценные вещества, обладающие как пищевой, так и физиологической активностью. К ним относятся липиды, белки, углеводы, минеральный и витаминный комплексы, танины, органические кислоты и другие. Количественный состав отдельных химических соединений колеблется в широких пределах и зависит от многих факторов, в том числе условий возделывания, степени зрелости, сорта. Это необходимо учитывать при выборе технологии переработки виноградных семян и определении ассортимента производимой продукции. Характерной особенностью виноградных семян является большое содержание фенольных веществ (до 8.0%), представленных низкомолекулярными и высокомолекулярными соединениями, основными из которых являются таннины (до 7.0%) и лигнины (до 28.0%). В состав дубильных веществ входят катехин, галокатехин, епикатехингалат, епикатехин, катехингалат и др.

Жирнокислотный состав липидов семян винограда характеризуется высоким содержанием ненасыщенных жирных кислот (более 80.0 %), из которых преобладают полиненасыщенные жирные кислоты - линолевая и линоленовая [86. 90]. По жирнокислотному составу виноградное масло соответствует высококачественным растительным маслам, традиционно используемым в пищу (подсолнечное, оливковое, кукурузное). В литературе приведены данные об общем содержании токоферолов в виноградном масле, которое составляет до 200 мг %. По общему количеству токоферолов виноградное масло сопоставимо со многими общеизвестными маслами, такими как подсолнечное, кукурузное, соевое и значительно превосходит оливковое.

К функциональным продуктам питания относят льняное семя [46]. Семена льна богаты эссенциальными полиненасыщенными жирными кислотами, пищевыми волокнами и лигнинами. В них присутствуют другие ценные питательные элементы. Типичный состав льняного семени: жиры- до 40%, пищевые волока - до 28%, белки - до 21%. Другие соединения (сахара,

ароматические кислоты, лигнаны и гемицеллюлоза)- до 6%, зольный остаток -4%. Среди белков глобулинов -58-66%, альбуминов -20-42%.

При выработке из арбузов варенья, цукатов, арбузного меда, соков, фруктового пюре отходами являются арбузные семена. Семена арбуза содержат липиды (21-32%), белки- 18-27%, клетчатка- 38-54%, крахмал 8-9%, сахароза -до 1,0%, зола — 2,4-2,5%. Арбузное масло в основном используется на пищевые цели. Жирнокислотный состав триацилглицеролов арбузного масла (% от суммы): См:о - 0,29, Сіб:о - 16,27, Сі₈;о - 7,60, Сіал - 23,12, Сиз - 52,72 [150].

Семена томатов имеют довольно стабильный химический состав, что является положительным моментов при организации промышленной переработки и использовании томатных семян в качестве сырья [69, 150]. Основными химическими компонентами семян томатов являются липиды (25-35%) и белки (25-30%). Количество жира в семенах томатов зависит от сорта, типа почвы, условий возделывания, степени зрелости. Из томатных семян получают масло, которое содержит 0,8-1,0% фосфолипидов, 112-150мг/100г токоферолов, до 1% каротиноидов, 0,8-1,88% других неомыляемых липидов. Жирнокислотный состав триацилглицеролов (% от суммы): Ого- 0,98, Сізо -0,19, Сн:о - 0,36, Ciso - 0,36, Сіб:о - 13,99, Сі*_:о - 5,83, Сгоо - следы, Сіб=і - 0,96,

Cl8:l-22,77, Сі8:2-52,3 1,Сі8:3-2,25 [69, 157].

Содержание в семенах томата более 25.0% жиров и белков позволяет отнести их к маслично - белковому сырью и рекомендовать для промышленного получения масла и белковых продуктов. Томатные семена содержат значительное количество клетчатки - до 25.0 % и золы - до 5.0 %. С учетом этого томатные семена представляют также интерес как источник минерально-углеводного комплекса.

Семена тыквы, имеющие высокое содержание масла, являются отходами при переработке плодов тыквы на консервных предприятиях (получают соки, пюре, варенья). Семена составляют 0,75-5% от массы тыквины. Химический состав семян (% в пересчете на сухое вещество): вода -6,02-6,50; липиды -34,08-38,0; белок- 31,0-32,5; целлюлоза 13,58-18,10; растворимые углеводы-

9,00-10,38; Содержание масла в ядре - 47,43-54,56% [55]. Жирнокислотный состав триацилглицеролов тыквенного масла (% от суммы кислот: Сіб:0 - 6,0-12,5; Сі8:0 - 5,86-7,50; Сгою -0,003; Cisi - 26,0-36,0, Ci8:2 - 40,0-55,00. В масле обнаружен фитостерин кукурбитол С27Н46О, углеводород мелен СзоНб2 и оксицеротиновая кислота СгбНэгОз.

Масло, полученное из шелушенных семян (ядра), светло-желтое, почти без запаха, пищевое. Жмых и шрот тыквенных семян содержит 32-55% белка. Белок, полученный при переработке шелушенных семян, используют в пищевых целях.

Плоды дыни широко используют для промышленного производства соков, варенья, пюре, вин и др. [150, 157]. Отходами при переработке плодов дыни являются семена, богатые маслом. Семена составляют 0,6-2,0% массы плода.

Химический состав семян (% в пересчете на сухое вещество): вода -6,02-6,20; липиды - 25,0-26,5; белок — 22,5-25,5; крахмал и растворимые сахара -10,0-11,0; пентозаны —до 8,0; целлюлоза 20,0-21,4; зола -2,5-3,0 Содержание масла в ядре - до 50% [150]. Масло из семян дыни пищевое, светло- желтого цвета. Жирнокислотный состав триацилглицеролов дынного масла (% от суммы жирных кислот): Сил - менее 1; Сібо - 10-13; Сів:о - 4-6; С2о_:о -менее 1; Cis:i 25-37, Сиз-40-57.

Известна комплексная переработка семян амаранта - ценного источника белков, липидов, витаминов и других питательных веществ. Из семян амаранта получают пищевые добавки лечебного действия (амарантовое масло, препараты сквалена, ССЬ-экстракты). При получении из семян амаранта СОг-экстракта вторичным продуктом является СОг-шрот, содержащий белки, витамины, пищевые волокна. Доказана биологическая ценность продуктов, полученных из СОг-шрота семян амаранта и возможность использования их в хлебопечении с целью повышения пищевой ценности хлеба [145].

Особенностью ягоды облепихи по сравнению с другим ягодным сырьем является то, что ее можно отнести к масличным благодаря наличию в плодах

фармакопейного масла: в мякоти плодов до 7%, в семенах до 16% [1, 94, 95, 147,153,154, 155,156].

Облепиха с давних пор известна как лекарственное средство и как ценный пищевой продукт. В древней тибетской, индийской, монгольской народной медицине облепиха занимала весьма почетное место.

В научно-технической литературе вопросам изучения облепихового масла уделяется большое внимание. Интерес исследователей к облепиховому маслу связан, прежде всего, со следующими аспектами:

высокой значимостью облепихового масла как лечебного и лечебно-профилактического средства широкого спектра применения,

возможностью использования облепихового масла для получения витаминизированных и функциональных продуктов питания,

наличием технологических трудностей получения стандартного облепихового масла из-за морфологического и химического полиморфизма сырья.

Наиболее изученными являются плоды облепихи, которые являются наиболее ценной частью растения и издавна используются в пищу и в народной медицине. В литературе даны описания общего химического состава, содержание витаминов и минеральных веществ мякоти плодов облепихи [1,3,5, 16,20,61,72,76,83,84,94,95],

Анализ литературных источников показал, что данные по химическому составу семян облепихи незначительны и пищевая ценность семян облепихи не установлена. Семена представляют интерес ученых как посевной материал и в плане селекции облепихи. Но существуют сведения и о фармакологической активности липидов семян облепихи - масло из семян облепихи используется в качестве лечебного и профилактического средства в традиционной медицине Китая [94].

Поскольку актуальным направлением развития пищевой отрасли является комплексное использование сырьевых ресурсов, необходимо изучить химический состав семян облепихи и установить его пищевую ценность.

В наши дни продолжается более глубокое изучение облепихи с целью эффективного использования ее в пищевой и лечебной практике.

1.1.2. Использование семян масличных растений на пищевые и лечебные цели.

Наибольший практический интерес представляют растительные жирные масла и пищевые растительные белки, содержащиеся в семенах и определяющие основное направление промышленного использования семян масличных растений.

Остающиеся после отделения масла жмых и шрот обладают высокой биологической ценностью, и их используют для получения пищевых и кормовых белков. В перспективе наряду с общим ростом объемов производства масложировой продукции намечается значительное увеличение выпуска прежде всего пищевых белков и продуктов на их основе. В 80-х годах наша промышленность освоила производство пищевых белковых концентратов и изолятов из соевого шрота. Ведутся исследования возможности получения высокобелковых пищевых продуктов из подсолнечного шрота.

Белки масличных семян, являющиеся так называемой попутной продукцией производства растительных масел, представляют большую пищевую ценность. По своему аминокислотному составу они с успехом могут быть использованы для обогащения незаменимыми аминокислотами многих пищевых продуктов, а также в производстве кормов.

Масличные семена и продукты их переработки содержат кроме масла и белка также богатейший комплекс биологически активных соединений, в том числе и витаминной и провитаминной природы. Так, масличные семена исключительно богаты жирорастворимыми витаминами и провитаминами-токоферолами, стероидами и каротиноидами, в их оставе много водорастворимых витаминов — тиамина, рибофлавина, пиридоксина, биотина, фолиевой кислоты, пантотеновой кислоты, инозита, аскорбиновой кислоты и др. Богат и разнообразен фосфолипидный комплекс масличных семян - в его

составе фосфатдилхолины, фосфатидилэтаноламины, фосфатидилсерины, инозитфосфатиды, фосфатидные кислоты и их соли. Наконец, масличные семена содержат уникальный набор макро- и микроэлементов, суммарное содержание которых почти в 2 раза превышает их количество в семенах других культур [150].

Плодовая и семенная оболочки масличных семян являются сырьем для гидролизного производства, а также могут служить перспективным источником для получения растительных восков и других химических продуктов.

Исключительно ценный химический состав масличных семян создает большие возможности для комплексного использования растительного масличного сырья в промышленности.

В настоящее время выпускается широкий ассортимент пищевых продуктов, содержащих семена масличных растений.

Использование виноградных семян как маслосодержащего сырья известно с 20 века. Анализ литературных источников показал, что основная масса работ, выполненных с 60-х по 80-е годы, связана с разработкой способов получения масла и изучением его физико-химических характеристик. В 80-ых годах появляются публикации по разработке способов переработки виноградного шрота и жмыха, комплексной переработке виноградных семян. В 90-х годах сформировалось новое направление переработки виноградных семян - получение функциональных пищевых и биологически активных добавок.

В работе [159] отмечено положительное влияние виноградного масла на эпитализацию наружных и внутренних кожных покровов. Масло из виноградных семян в отечественной, так и в зарубежной практике получают прессованием. Побочными продуктами производства виноградного масла является виноградный шрот и жмых, из которого получают виноградную муку.

В Японии разработан способ получения пищевой муки из семян винограда, при котором подсушенные семена промывают водой, обрабатывают паром, кипятят и подвергают соложению в специальных камерах. Полученный белый солод подсушивают, смешивают с таким же количеством сухих семян и

вновь подвергают сушке до появления блестящей маслянистой коричневой окраски. Затем охлаждают, размалывают, просеивают и отдельную часть вновь обжаривают. Объединенную массу превращают в тонкий порошок [33].

Известна также комплексная технология переработки виноградных семян с получением виноградного масла, энотанина, белкового концентрата и фитина [73].

При выработке из томатов томатного сока, соусов, томат-пюре и томат-пасты отходами являются выжимки, представляющие собой смесь кожицы плода, семян и незначительных остатков мякоти. Из томатных семян получают масло от светло- желтого до темно-коричневого цвета, иногда с более интенсивной красноватой окраской вследствие высокого содержания каротиноидов (до 1,0%). Масло используется для пищевых и технических целей.

Известно использование соевой муки в производстве кондитерских изделий [48]. Введение соевой муки в кондитерские изделия может осуществляться в широком диапозоне в зависимости от рецептуры и заданных реологических свойств конфетных масс, а также исходного жиросодержания соевой муки.

Направления использования соевой муки в кондитерском производстве обусловлены:

соотношением относительно низкой стоимости соевой муки и заменяемого дорогостоящего традиционного орехоплодного, молочного и другого сырья;

функционально-технологическим свойствам соевой муки: величиной влаго-и жиропоглощения, эмульгирующей, пено- и гелеобразующей способностями;

целесообразность снижения калорийности и необходимости повышения пищевой ценности кондитерских изделий.

В большинстве промышленно развитых стран (США, Японии, Бельгии, Дании и др.) уже накоплен практический опыт по переработке сои с получением соевых белков и разнообразного ассортимента

высококачественных пищевых продуктов на их основе. Как правило, эти производства работают по экологически чистой безотходной технологии, выпуская помимо пищевых высококонцентрированных белков также высококачественные корма и биологически активные препараты. Для российской пищевой промышленности наибольший интерес представляют белковые продукты из соевого шрота (изоляты, концентраты, обезжиренная мука, текстурированные белки). Широкое развитие технологий производства соевых белков появилось только после разработки технологии экстракции масла растворителем.

В мировой практике имеется богатый опыт по промышленному применению в кондитерских изделиях соевых продуктов [48]. Широко распространено использование вместо ядер орехов (лещина, миндаль и др.) ореховых паст с сахаром и добавками, улучшающими внешний вид, вкус, текстуру и технологические свойств, продлевающими срок хранения готовых изделий. Особенно много запатентовано кондитерских изделий и способов приготовления орехоподобных продуктов на основе сои США и Японией.

Фирма Archer Daniels Midland (США) изготавливает ореховые пасты из Nutri bits -полножирных соевых частиц, которые добавляют к размолотым орехам или обжаривают с арахисом. Nutri bits содержат: белка-42-43%, жира -22%, углеводов -21,5-23,5%, влаги -5-6%, клетчатки -2,5%, золы 5%, а также комплекс витаминов. Соевый заменитель сохраняется в течение года при температуре 21 С и относительной влажности воздуха 50%.

В Польше зарегистрирована кондитерская масса из соевого жмыха. Жмых, поступающий с предприятий масло-жировой промышленности, промывают несколько раз водой, обрабатывают 0,5% -м водным раствором лимонной кислоты в течение 1 ч. после этого уваривают 30 мин в воде с добавлением небольшого количества хлорида натрия и сушат при температуре 105 С. Затем продукт измельчают, обжаривают и добавляют в кондитерские массы в качестве заменителя ореха.

Существуют российский патент получения продукта из сои путем обработки соевых семян в слабощелочном растворе, промывки, гидросепарации, влаготепловой и тепловой обработки. Продукт предназначен для использования в качестве заменителя орехов при изготовлении кондитерских изделий и для изготовления в пищевых целях.

На кондитерских предприятиях ФРГ допускается введение 5% добавок из муки зернобобовых культур (включая сою) в шоколадные полуфабрикаты. Это повышает их устойчивость к жировому "поседению" и окислительным процессам. Сроки хранения готовых кондитерских изделий с введением сои удлиняются благодаря наличию в них природных антиоксидантов а- и р-токоферолов.

Из соевых семян получают природный антиоксидант, обладающий свойствами эмульгатора. Он представляет собой тонко измельченный порошок, содержащий многие ценные компоненты соевых семян, в том числе и фосфолипиды и витамины.

Патент Японии-соевый шоколад и способ его приготовления. Шоколад содержит диспергированный в нем соевый творог - тофу. Тонкую дисперсию тофу в соевом молоке смешивают с отдельно расплавленным шоколадом, смесь размешивают, вводят в форму и отверждают при охлаждении.

Известен пищевой продукт из семян тыквы, в состав которого входят семена тыквы, тыквенное масло и вкусоароматическое вещество [160].

Из семян тыквы на экспериментальном заводе КНИИХП получали С02 -экстракт, обладающий высокими лечебно-профилактическими свойствами, так как низкотемпературная обработка семян позволяет полностью сохранить ценные компоненты сырья -каротиноиды, токоферолы, ненасыщенные жирные кислоты, витамины [55].

В Полтавском университете потребительской кооперации Украины изучалась возможность введения в рецептуру изделий из песочного и кексового теста муки тыквенных семян [148]. Введение этих добавок дает возможность повысить пищевую ценность продуктов за счет увеличения содержания

клетчатки, макро- и микроэлементов, других биологически активных веществ. Использование полуобезжиренной муки тыквенных семян дает возможность повысить количество полиненасыщенных жирных кислот, жирорастворимых витаминов и витаминоподобных веществ.

В Кубанском государственном технологическом университете изучали возможность применения белковых продуктов, полученных из семян кунжута, в производстве кулинарных изделий с целью повышения их биологической ценности и уменьшения расхода сливочного масла [2]. Семена кунжута измельчали в муку и затем экстрагировали липиды гексаном для получения полу обезжиренной и обезжиренной муки. Массовая доля липидов в необезжиренной (полножирной) муке 56,27%, в полуобезжиренной она колебалась от 44,51 до 37,57%, а в обезжиренной от 3 до 7%. В рецептуру соуса сахарного вносили как обезжиренную, так и полуобезжиренную и полножирную кунжутовую муку.

Соус сахарный, полученный по вариантам рецептуры, по внешнему виду представлял однородную массу, без пленок на поверхности; расслоения жира не наблюдалось. Все соусы с введением в рецептуру кунжутной муки приобрели ореховый привкус.

В том же КубГТУ изучали перспективность замены дорогостоящих орехов, таких как арахис, фундук, миндаль и других, подсолнечной жмыховой крупкой в кондитерском производстве для получения ореховых масс [144]. Содержание белковых веществ в подсолнечной крупке в 1,5-3 раза больше, чем в ядре арахиса, фундука и миндаля, а содержание липидов значительно ниже. Поэтому подсолнечная крупка может быть рекомендована для производства низкокалорийных кондитерских изделий.

Известен пищевой продукт из семян подсолнечника [68], содержащий ядра семян подсолнуха или семян бахчевых культур, подвергнутые термообработке, и вкусоароматические вещества, дополнительно содержит растительное масло. Получаемый продукт обладает не только высокими органолептическими показателями, но и повышенной биологической

активностью за счет содержания полиненасыщенный жирных кислот, витаминов, фосфолипидов и растительной клетчатки.

При производстве яблочного сока на плодоперерабатывающих предприятиях образуюся выжимки, в состав которых входят до 25% яблочных семян [88]. В Кубанском государственном технологическом университете изучена возможность использования этого вторичного сырья для получения различных продуктов. Разработана технология получения из яблочных выжимок муки, обогащенной пектином. Для этого их сушат, измельчают до частиц не менее 0,5 мм, обрабатывают при перемешивании раствором гидроокиси кальция концентрацией 2-6%, пятикратного промывания горячей водой и высушивают. Обогащенная пектином мука из яблочных выжимок предназначена для использования в консервной, кондитерской и хлебопекарной промышленности.

Разработана технология комплексного использования яблочных выжимок для получения воска, пектина и фурфурола. Для излечения воска выжимки кипятят в гексане при соотношении 1:3, фильтруют и отгоняют гексан. Выход воска составляет 1,2% от массы исходного сырья. Воск используют в фармацевтической, парфюмерной и др. промышленности.

Из обработанных гексаном яблочных выжимок получают пектин по традиционной технологии.

После извлечения растительных восков и пектина яблочные выжимки еще содержат ценные компоненты, в частности до 15% пентозанов. Кислотным гидролизом из них получают фурфурол, используемый в производстве лекарств, пластмасс и т.п.

В последние годы в России и за рубежом [30,172] накоплен значительный опыт использования нетрадиционного сырья для создания новых видов кондитерских изделий. Разработана рецептура новой начинки кондитерских изделий с вафельной прослойкой с целью повышения биологической ценности, снижения содержания углеводов (сахарозы) и импортного дорогостоящего сырья (порошок какао), а также введения балластных веществ и белков,

способствующих сохранению хрустящих свойств готового продукта. Наряду с
повышением качества, введение в состав новой начинки нетрадиционных
растительных добавок - продуктов соложения ячменя, дало возможность
снизить себестоимость кондитерских изделий по затратам на сырье за счет
замены на 21-23% сахарной пудры на ячменную солодовую муку и 14-16%
порошка какао на муку из ячменных ростков. Повышение биологической
ценности нового изделия обусловлено заменой 22% сахарозы на ячменную
солодовую муку, которая содержит качественно полноценный белок,
свободные незаменимые аминокислоты, ферменты, легкоусвояемые углеводы,
витамины, минеральные соединения и другие биологически активные вещества
[4]. Замена 15% порошка какао на муку из ростков ячменя наряду с
повышением биологической ценности приводит к экономии дорогостоящего
дефицитного сырья и снижению себестоимости готового изделия (стоимость
порошка какао в 600 раз превышает стоимость ростков из ячменного солода).
Срок хранения готовых изделий увеличивается вдвое, что обусловлено
бактерицидными свойствами продуктов соложения ячменя [4]. Новизна,
практическая ценность разработанной рецептурной композиции и

рациональная технология производства нового кондитерского изделия подтверждены патентом РФ [105].

В качестве лекарственного растения облепиха использовалась с давних времен. Сведения об использовании облепихи встречаются в трудах древнегреческих ученых и писателей. Плоды, листья и семена применялись в тибетской медицине. Экстракт семян облепихи обладает питательным, противовоспалительным, регенирируующим и биостимулирующим действием. Он смягчает кожу, повышает ее упругость и защищает от свободных радикалов. Настой из семян облепихи применяли в народной медицине при алопеции (облысении) и при лечении ожогов [101].

Основным направлением переработки семян облепихи, получившим развитие в нашей стране, является производство облепиховои муки, в состав которой входит около 60% семян. Получают облепиховую муку из шрота,

остающегося после выделения из жома фармакопейного масла. Мука имеет следующий химический состав: жир-18-23%, влажность -7-8%, клетчатка -15-18%, белки -20-26%, зольность -2,17-2,30%[ 120,143,153,154,155].

Облепиховая мука рекомендована в качестве источника витаминов и пищевых волокон в различных отраслях пищевой промышлености, при этом используют муку с остаточным маслом или обезжиренную. Имеются разработки по применению облепиховой муки в хлебопекарном и кондитерском производстве в целях повышения пищевой ценности продуктов [44,72,84,153]. Рекомендовано использование облепиховой муки в молочной промышленности при производстве сыров, в мясной промышленности при производстве полуфабрикатов и ливерных колбас [43,103]. Но наличие в облепиховой муке большого количества грубых неусваиваемях полисахаридов, содержащихся в оболочке семени, отрицательно сказываются на органолептических показателях пищевых продуктов, так как вызывают хруст при употреблении продуктов, содержащих облепиховую муку.

Существует другая переработка ягод облепихи, когда предусмотрено первоначальное отделение семян от мякоти при помощи дезинтегратора. В этом случае, отходы - семена облепихи не находят удовлетворительного и эффективного применения. Поэтому необходимы современные разработки технологий пищевых продуктов из семян облепихи как ценного вторичного сырья.

Круг проблем, связанных в настоящее время с технологией переработки масличных семян, непрерывно расширяется. Первоочередного решения требуют вопросы, связанные с получением пищевых белков и биологически активных веществ из масличных семян.

Технология комплексного безотходного использования масличных семян, предусматривающая получение из них кроме высококачественного растительного масла и белка других важных в биохимическом отношении продуктов пищевого, фармакопейного и технического назначения находится в процессе становления,

1.2. Биотрансформация органических веществ - перспективный метод

пищевых технологий.

1.2.1. Химический состав оболочек семян.

Клеточные стенки семян имеют сложный состав и построены в основном из некрахмальных полисахаридов, к которым относятся целлюлоза, гемицеллюлоза, гумми- и пектиновые вещества [67,113,119]. Исследование растительных клеточных оболочек показало, что основу их составляет скелет из микрофибрилл, окруженный инкрустирующими веществами.

Скелет образует клетчатка (целлюлоза), полигалактуроновые кислоты, связанные с целлюлозой либо в виде сложных эфиров, либо через гликозидную связь, гемицеллюлозы и лигнины, тоже химически связанные. Взаимное соотношение всех этих компонентов можно выразить целыми числами.

Инкрустирующими веществами клеточных оболочек является древесная масса (лигнин) и гемицеллюлоза, нерастворимая в воде и имеющая иной состав, чем гемицеллюлозы, содержащиеся в скелете клетки.

Целлюлоза (клетчатка)- главная составная часть оболочки. Это прочное, волокнистое, водонерастворимое соединение, фибриллы которого образуют каркас растительных клеток и главную составную часть опорных тканей растений. Этот внеклеточный структурный полисахарид - самый распространенный в природе биополимер [67,119]. Линейная неразветвленная цепь целлюлозы состоит из 1000 и более остатков Д-глюкозы, связанных друг с другом (1-4)-гликозидными связями в ^-конфигурации. Такой вид соединения мономеров не гидролизуется а-амилазой и другими ферментами желудочно-кишечного тракта [99].

В природных материалах целлюлоза связана со многими другими соединениями: гемицеллюлозой, пектином, лигнином, крахмалом. Природные материалы содержат целлюлозу различного строения и различающуюся соотношением аморфных участков и кристаллитов. В связи с этим целлюлоза не является равноценным субстратом для действия ферментов.

В результате ферментативного гидролиза целлюлозы образуется смесь олигосахаридов, трисахаридов и тетрасахаридов,остальные 50% составляет целлобиоза. При полном гидролизе целлюлоза расщепляется до глюкозы.

У целлюлоз различного происхождения молекулярная масса колеблется от 250000 до 2000000. Таким образом, молекула целлюлозы содержит от 1400 до 10000 глюкозных единиц. Мицеллы могут соединять до 60 молекул целлюлозы. В воде целлюлоза нерастворима.

В природе целлюлозе сопутствуют гемицеллюлозы, которые значительно отличаются по химическому составу от целлюлозы.

Стенки клеток эндосперма зерен состоят из гемицеллюлозы и гумми-веществ. Главной составной частью их является гемицеллюлоза, которая служит скелетным материалом. Гемицеллюлоза состоит из р-глюкана и пентозанов [140], которые совместно образуют прочный каркас стенок клеток мучнистого тела. Под (3-глюканом понимают длинные цепочки глюкозных молекул, связанные друг с другом в положении 1,3 и, чаще в положении 1,4. р-соединение означает, что молекулы глюкозы не закручены, как у амилозы, а образуют длинные цепочки. Эти цепочки соединяются в пучки с высокомолекулярными белками клеточных стенок эндосперма. Гемицеллюлозы осахариваются гораздо легче, чем целлюлоза.

Гемицеллюлозы, находящиеся в эндосперме и оболочках зерна, различаются составом. В связи с этим в зерне присутствуют два типа гемицеллюлоз — мякинный и эндосперменныи. Гемицеллюлоза первого типа находится в оболочке зерна и содержит до 70% ксилана, 15-20% арабана, 3-5% уронового альдегида и только 6 % глюкана. Гемицеллюлоза оболочек отличается низкой удельной вязкостью, относительно устойчива к действию ферментов. Гемицеллюлоза второго типа входит в состав клеточных стенок эндосперма. Она содержит 77% глюкана, 17 ксилана и 6% арабана. Эта гемицеллолоза переводится в растворимое состояние под действием ферментов [82].

Пентозаны состоят из пентоз - ксилозы и арабинозы. В основном пентозаны имеют длинные цепочки 1,4-Д-ксолозных остатков, в которые в некоторых местах включены арабинозные остатки. Пентозаны при солодоращении частично расщепляются.

Гумми - вещества пропитывают стенки клеток и являются запасными веществами [17,140].

Пектиновые вещества содержатся в форме нерастворимого протопектина, который входит в состав клеточных стенок в качестве цементирующего материала. Растворимый пектин состоит из соединенных между собой остатков галактуроновой кислоты, часть карбоксильных групп которых связана с метальными группами. При полном гидролизе пектина образуется а-галактуроновая кислота и метиловый спирт.

1.2.2. Целлюлолитические ферменты.

Ферментативное расщепление указанных субстратов в значительной степени зависит от их химического состава и физического строения, от структуры клетки, а иногда от макроструктуры. В клеточных стенках, содержащих лигнин, эти вещества, как правило, взаимосвязаны. Так, например, у целлюлозы аморфные фракции под воздействием ферментов быстрее расщепляются, чем кристаллические. В одеревеневших субстратах лигнин может физически связывать часть сахаридов.

При ферментативном гидролизе целлюлозосодержащего материала в основном образуется глюкоза и целлобиоза. Их количество зависит от вида сырья и состава ферментного препарата.

В литературе имеется ряд гипотетических схем ферментного расщепления нерастворимой целлюлозы и предположений о составе целлюлазного комплекса ферментов.

По одной из версий (цитируется по [111]), ферментативный процесс разрушения целлюлозы происходит в результате последовательно-параллельного действия нескольких ферментов, входящих в состав

целлюлазного комплекса. Предполагалось, что а первую очередь на нативную целлюлозу действует Сі-фермент, который нарушает структуру кристаллических участков субстрата и превращает их в аморфные или растворимые производные. Вслед за этим ферментом в реакцию вступают С* -ферменты, которые действуют на полученные продукты распада целлюлозы и разрушают их до дисахарида целлобиозы, который далее расщепляется ферментом целлобиазой до глюкозы.

Позднее была высказана другая гипотеза, согласно которой С і — фермент не действует непосредственно на нативную целлюлозу, а образует активный комплекс с Сх-ферментами, которые связываются с нерастворимой целлюлозой и катализируют ее гидролиз.

Существуют и другие предположения относительно ферментативного расщепления целлюлозы, однако, они не нашли до последнего времени экспериментальных доказательств.

К началу 70-х годов были получены данные, что в целлюлазных препаратах содержится определенный гидролитический фермент, который при совместном действии с Сх-ферментами ускоряет гидролиз природной целлюлозы. В то же время в очищенном виде он лишь незначительно действует на нативную или модифицированную целлюлозу.

До настоящего времени нет точных данных о том, какой фермент первым действует на нативную целлюлозу. Одни авторы считают, что таким ферментом является экзоглюканаза (целлобиогидролаза), а другие - эндоглюканаза.

Очевидно, последовательность действия этих ферментов зависит от надмолекулярной структуры целлюлозного субстрата.

По современным представлениям целлюлазный комплекс состоит, по меньшей мере, из четырех типов ферментов [8,9,10,11,67,92,99140]:

-эндо-1,4-Р-глюканазы;

-экзо-1,4-Р-глюканазы;

-экзо-1,4-р-глюкозидазы;

-целлобиазы (р-глюкозидазы).

При действии эндоглюканаз на целлюлозу основным растворимым продуктом является целлобиоза. При действии их на растворимые замещенные производные целлюлозы (Na -КМЦ) с ростом степени замещения полимера уменьшается его реакционная способность. Это, очевидно, объясняется уменьшением числа участков полимера, доступных действию эндоглюканазы.

Эндоглюканазы обладают довольно большой субстратной специфичностью.

Экзоглюканазы включают две группы ферментов: экзо-1,4-|3-глюкозидазы и экзоцеллобиогидролазы. Первые катализируют гидролитическое отщепление остатков глюкозы, а второе - остатков целлобиозы от невосстанавливающего конца субстрата.

|3-Глюкозидазы катализируют отщепление глюкозы от широкого круга производных целлюлозы.

Таким образом, гидролиз целлюлозы под действием ферментов целлюлолитического комплекса можно представить следующим образом [92]:

I эндоглюканаза (єі ) .

Исходный єі целлобиогидролаза (єг)

субстрат ** целлоолигосахариды целлобиоза

S Gn G2

^ глюкоза м

экзо-1,4-р-глюкозидаза G целлобиаза (Єз)

1.2.2.1. Использование ферментных препаратов с целью деструкции целлюлозы в семенах масличных растений.

В последнее время стремительно расширяется область применения биотехнологии благодаря высокой специфичности действия биокатализаторов и возможности проведения процессов при умеренных температурах. Особенно это характерно для пищевой промышленности. Растет интерес к использованию ферментных препаратов.

Зарубежными исследователями показана возможность

биотехнологического подхода к решению проблемы экстракции масел из растительного сырья с помощью ферментативного гидролиза клеточных структур, и компонентов сырья, связывающих липиды [40]. Так, в Англии изучали возможность извлечения оливкового масла с использованием цитолазы [168], в Японии выделяли пальмоядровое масло обработкой сырья смесью различных ферментов [169], в США был предложен способ экстракции кокосового масла с помощью ферментов полигалактуроназы, а-амилазы и протеазы [170], итальянские ученые получали масло из косточек авокадо, используя ферментные препараты.[171]. Немецкие исследователи предложили способ выделения растительного масла из маслосодержащих зародышей зерна [175], и из зародышей кукурузы [35], а также из рапса и сои [137] с помощью биокатализаторов.

В нашей стране аналогичные исследования ведутся на кафедре органической химии МГУПП совместно с ВНИИЖ и Кубанским филиалом ВНИИЖ [40,41,42,93], параллельные исследования проводятся и в других городах и институтах России. Наилучшие результаты получены при использовании ферментов Целловиридина Г20Х и АП-субтилина, выпускаемых АО «Биосинтез» (г.Вильнюс).

В Московском государственном университете пищевых производств изучали возможность применения биотехнологического подхода для экстракции растительных масел из разных видов сырья. Для извлечения

растительного масла проводили биодеструкцию измельченного сырья в присутствии ферментов, чтобы разрушить нелипидные компоненты и позволить перейти связанные с ним липиды в водный раствор.

Первоначально исследования проводили на первом по значимости в нашей стране масличном сырье - семенах подсолнечника. Использовали подсолнечный форпрессованный жмых (ФПЖ) и ферментный препарат Целловиридин Г20х, активность которого по фильтровальной бумаге, характеризующая суммарное действие целлюлолитических ферментов, составляла 1700-2000 ед/г.

Анализ химического состава и показателей качества липидов, выделяемых предлагаемым методом, показал, что биоконверсия растительного сырья не оказывает влияния на жирно-кислотный и групповой составы и на показатели качества извлекаемого масла.

Промышленное производство препаратов целлюлазы и гемицеллюлазы организовано в США и ФРГ, препаратов целлюлазы - в Японии [135], Англии и Франции. Японская целлюлаза АР, AP-S используется в крахмалопаточной промышленности, при производстве фруктовых соков, соевого белка, добавляется в корма к сельскохозяйственным животным.

Препараты целлюлазы гидролизуют целлюлозу, ее производные, гемицеллюлозу и гумми-вещества. Они применяются в производстве масла из цитрусовых, в пивоварении, при производстве пряностей, для утилизации жмыха, в фармацевтической промышленности. Препарат гемицеллюлазы Се-100 гидролизует гемицеллюлозы и используется в производстве кофе для расщепления целлюлозы в процессе сушки, в производстве чая для разрушения целлюлозы в процессе ферментации, в Венгрии целлюлазу используют для обработки клубники, что улучшает процесс отделения сока и ускоряет его фильтрацию. Целлюлазой обрабатывают высушенную хлореллу, сухую люцерну и комбикорма для повышения их усвояемости .

Целлюлолитические ферменты используют также для обработки моркови, яблок при приготовлении джемов, для экстракции и осветления соков,

обработки макаронных изделий с целью уменьшения сроков их варки, обработки морских водорослей при получении агара. Целлюлолитические ферменты находят широкое применение при производстве крахмала. Обработка картофельной муки ферментным раствором целлюлаз повышает выход крахмала. Эти ферменты применяют также при получении из дрожжей аминокислот, белков и витаминов [10].

Промышленное производство целлюлолитических ферментов основано на их микробном синтезе. Так, целлобиазы продуцируют Asp, niger, Trich. reesei, целлюлазы и гемицеллюлазы - Asp. niger, Asp. oryrae, Rh. delemar, Rh. oryrae и др. С одной стороны использование ферментов микробиологического происхождения является перспективным способом ускорения технологических процессов, с другой стороны изготовители ферментных препаратов в нормативной и технической документации обязаны указывать источник получения препарата и вид организма — продуцента, давать их характеристику, включая активность (основную и дополнительную) [91].

Ферментные препараты микробиологического происхождения не должны содержать жизнеспособных форм продуцентов ферментов. Препараты бактериального происхождения не должны иметь антибиотической активности. Препараты грибного происхождения не должны содержать микотоксинов. Контаминация ферментных препаратов посторонней микрофлоры не должна превышать определенных лимитов. Для соблюдения этих требований должна предусматриваться тщательная очистка и строгий контроль на всех этапах их выделения, что значительно удорожает их стоимость.

1.2.2.2. Природные источники цитолитических ферментов.

Ферменты, катализирующие расщепление клетчатки (целлюлозы), кроме продуцируемых микроорганизмами, широко распространены в природе в растительных материалах, особенно в злаковых [17,67,111,113,140].

Активность ферментов злаков возрастает при проращивании. Целью солодоращения является накопление в зерне гидролитических ферментов в

свободном состоянии в количествах, необходимых для перевода нерастворимых веществ зерна в растворимые. В процессе солодоращения в насыщенном водой зерне наряду с активацией уже имеющихся ферментов происходит и их новообразование, т.е. синтез [140]. В процессе солодоращения участвуют четыре группы гидролитических ферментов: протеолитические (протеазы), расщепляющие высокомолекулярные азотистые вещества; цитолитические ферменты (цитазы), гидролизующие некрахмалистые полисахариды; амилолитические ферменты (амилазы), расщепляющие крахмал, липолитические ферменты (липазы), расщепляющие жиры.

Общий механизм образования ферментов при проращивании следующий
[140]. Основную роль в образовании ферментов зерна играют

гормоноподобные вещества. В небольшом количестве они имеются в щитке ячменя, а при проращивании число таких соединений значительно увеличивается путем синтеза. Продуцентом гормонов и других биоактиваторов является зародыш, откуда они поступают в щиток, где накапливаются. Часть ферментов образуется также в зародыше, но гораздо меньшая, чем в эндосперме зерна. Из щитка гомоны во время роста зерна диффундируют в прилегающие клетки алейронового слоя и дают толчок к синтезу ряда гидролизующих ферментов: эндо-р-глюканазы, а-амилазы и других.

Белок алейронового слоя подвергается наиболее сильному воздействию протеаз, и он поставляет основную часть растворимых азотистых соединений, в том числе и необходимых для синтеза ферментов. Из гормоноподобных веществ наибольшее значение имеют гибберелловая кислота и другие соединения этого типа. Они являются ростовыми факторами растений. Гиббериллины представляют собой группу соединений, весьма близких по строению к тетрациклическим карбоновым кислотамю Они относятся к классу дитерпенов, обладающих высокой биологической активностью.

Под действием экзогибберелловой кислоты клетки алейронового слоя начинают синтезировать и выделять некоторые гидролитические ферменты, в том числе и цитолитические. Роль эндогенных гиббереллинов (гормонов) и

экзогенной гибберелловой кислоты в прорастающем ячмене одинакова: включение ранее недеятельного гена и повышение таким образом матричной активности ДНК. Это приводит к синтезу специфической информационной РНК, которая, в свою очередь, осуществляет синтез ферментов. Следовательно, в основе физиологического действия гиббереллинов лежит их влияние на ферментные системы растений.

Ферменты синтезируются при непосредственном участии нуклеиновых кислот, в которых закодирована генетическая информация об их структуре. Синтез происходит в субклеточных структурах - рибосомах, содержащихся в цитоплазме, митохондриях и хлоропластах. Аминокислоты для синтеза ферментов появляются двумя путями: за счет образования из неорганических азотистых соединений нитратов и аммиака и за счет продуктов протеолитического распада белков при проращивании.

Таким образом, с одной стороны, алейроновый слой является источником образования новых ферментов, а с другой — местом приложения гиббереллинов. Для проявления активности гиббереллинов и ферментов необходимы определенные условия внешней среды: температура рН, наличие кислорода, продолжительность проращивания. Технология солодоращения предусматривает оптимальные сочетания этих факторов.

В пивоварении важную роль играют цитолитические ферменты ячменя, хотя они образуют малоизученную группу ферментов. Ферментативное расщепление некрахмальных полисахаридов ячменя в процессе солодоращения имеет огромное практическое значение. При этом гидролизе стенки клеток эндосперма растворяются и образовавшиеся в солоде амилазы и протеазы свободно проникают в их содержимое, гидролизуя крахмал и белок.

Все злаки содержат эндо-(3-глюканазу, величина активности, которой как установил Прис [161], образует следующий нисходящий ряд: овес, рожь, пшеница и ячмень (одинаково) и кукуруза. Небольшая активность экзо-р-глюканазы имеется у ржи и ячменя, причем у последнего она более высокая. У овса активность экзоглюканазы низкая, а у кукурузы ее почти нет.

О наличии целлюлазы в ячменном солоде, катализирующей расщепление природной целлюлозы, свидетельствуют данные, приведенные в различных источниках [15,67,113].

Результаты исследований дают основание предположить, что в комплексе солодовой цитазы отсутствует целлюлаза, способная катализировать расщепление природной целлюлозы. К такому выводу пришли первые исследователи в этой области Браун и Моррис, которым не удалось расщепить инкрустированную целлюлозу ферментами солодового экстракта. Грюсс установил, что структура клеточных стенок в основном сохраняется, но они становятся проницаемыми.

В отличие от них Прингсхайм и Бауэр [113], а затем Цис и Отто обнаружили целлюлазу в ячменном солоде. Из продуктов гидролиза они выделили D-глюкозу. По данным Прингсхайма, полупродуктом ферментативного гидролиза является целлобиоза.

Исследования действия цитолитических ферментов ячменного солода на р-глюкан ячменя показали, что при гидролизе Р-глюкана в его растворе быстро снижается вязкость, что сопровождается увеличением редуцирующей способности раствора и появлением в нем целлобиозы и глюкозы. Быстрое снижение вязкости раствора свидетельствовало о гидролизе р-глюкана вследствие разрыва срединных связей его молекулы. При этом в месте разрыва молекулы р-глюкана возникают редуцирующие группы. Однако, количество редуцирующих групп, образующихся при ферментативном гидролизе р-глюкана, всегда превышает их теоретическое количество, рассчитанное по числу гидролизованных средних связей. Избыток редуцирующих групп возникает за счет непосредственного отщепления целлобиозы от нередуцирующего конца молекулы Р-глюкана и дальнейшего ее гидролиза до глюкозы. Это позволяет сделать вывод, что в солоде присутствуют две ферментные системы, одна из которых гидролизует срединные связи молекулы Р-глюкана, а другая - отщепляет целлобиозу . Для обозначения этих ферментов были приняты термины эндо- Р-глюканаза и экзо- Р-глюканаза.

Таким образом, ферментные системы солода, гидролизующие Р-глюкан (Р-глюкозаназы) подразделяются на цитокластическуго и цитолитическую. Первая, разрывая молекулу [3-глюкана по серединным связям, переводит его в растворимое состояние, осуществляет как бы декстринирующее действие; вторая - цитолитическая система, отщепляя целлобиозу от нередуцирующих концов молекулы, производит осахаривающее действие. Целлобиоза, образующая в результате действия экзо- р -глюканазы, далее расщепляется до глюкозы р-глюкозидазами (целлобиазой), наличие которой в ячмене и солоде было доказано Ганнингемом, Гелманом, Миттчелом и др [113].

р-глюкозидаза (целлобиаза}- это p-D-глюкозид-глюкогидролаза (3.2,1.21) гидролизует р-глюкозидные связи олигосахаридов и глюкозидов. Возможно, что его взаимодействие с остальными ферментами, участвующими в расщеплении клеточных стенок обусловлен тем, что Р-глюкозидаза катализирует гидролиз целлобиозы, образующейся в результате действия целлюлозы на клетчатку.

Специфичность р-глюкозидаз и их отличие от экзо-Р-глюканазы было доказано [171] хроматографией ферментного комплекса дрожжей Saccharomyces lactis на ДАЕЕ-целлюлозе. Из бесклеточного экстракта дрожжей она выделила фракция, которая гидролизовала Р-глюкан и не действовала на р-глюкозидазы.

У Р-глюкозидаз ячменного солода была обнаружена способность к осуществлению реакции трансглюкозилирования. При действии ферментов ячменя на концентрированный раствор целлобиозы образование глюкозы сопровождается появлением ряда олигосахаридов.

При прорастании ячменя активность р-глюканаз достигает максимума на 5-8 день проращивания, при этом активность экзо-Р-глюканазы возрастает, примерно, в 20 раз, а эндо-Р-глюканазы - в 140 раз [58,162]. Таким образом свежепроросший солод по сравнению с ячменем обогащен эндо-Р-глюканазой. В процессе солодоращения также резко увеличивается активность целлобиазы (более чем в 100 раз) и несколько меньше - ксиланаз.

Поскольку цитолитический комплекс имеет широкий набор ферментов, оценка общей активности их является трудной задачей [15,113]. Чаще всего для этого измеряют величину активности какого-либо одного фермента, входящего в состав комплекса, например, активность эндо-р¹ -глюканазы, которую легко определить по снижению вязкости раствора р-глюкана, обработанного препаратом фермента. Суммарную активность ферментов, действующих на -р-глюкан, определяют по накоплению редуцирующих Сахаров. Такую активность часто называют экзо-р-глюканазной, однако это не совсем верно, так как образование редуцирующих Сахаров происходит при действии как экзо-р-глюканазы, так и эндо-Р-глюканазы. При использовании водорастворимых производных целлюлозы в качестве субстратов для определения активности ферментов полученную активность часто называют «целлюлазной». Однако применение термина «целлюлаза» приводит к неточностям. Наиболее правильно обозначать термином «цитолитические ферменты» суммарную активность ферментов, гидролизующих некрахмальные полисахариды ячменя.

Общую цитолитическую активность определяют по степени ферментативного гидролиза субстрата, освобожденного от крахмала и редуцирующих веществ. Степень гидролиза оценивают по накоплению редуцирующих Сахаров в гидролизате, которые определяют йодометрически.

Изучив цитолитическую активность ряда ячменей, Басе и Сперроу пришли к выводу, что активность эндо-р-глюканазы солода является сортовой характеристикой и при селекции ячменя с лучшими пивоваренными качествами нужно выбирать сорта с высокой активностью [162].

Сравнение ферментных препаратов, гидролизующих некрахмальные полисахариды, и полученные с помощью различных микроорганизмов, с соответствующими ферментными системами свежепроросшего солода показало, что препараты обладают иным действием и дают иные продукты гидролиза.

Москатели с сотр. [162] обнаружил, что ферментные препараты из Вас, subtilis почти не содержат экзо-р-глюканазы и при действии на р-глюкан

разрывают срединные связи молекулы, Поэтому препараты Вас. subtilis, быстро снижая вязкость Р-глюкана, почти не образуют Сахаров на различных этапах гидролиза. Сравнивая (З-глюканазу ячменя с ферментами гриба Реп. Chrysogenum, Прис и Буайн [161] нашли, что в препарате из гриба отсутствуют экзо-Р-глюканаза и целлобиаза. В результате этот препарат, имевший активность эндо-Р-глюканазы, равную аналогичной активности препарата, выделенного из ячменя, гораздо слабее гидролизует ячменный р-глюкан [113].

Значительные различия имеются также в составе р-глюкозидаз ячменя и различных микроорганизмов, при этом последние обладают более активными трансферазами.

Таким образом, различные микроорганизмы при определенных условиях культивирования продуцируют отдельные ферменты и ферментные системы, входящие в цитолитический ферментный комплекс, гидролизующие индивидуальные некрахмальные полисахариды. От аналогичных ферментных систем свежепроросшего солода они отличаются набором, соотношением, активностью отдельных ферментов и их действием.

Ячмень и солод обнаруживают более многообразный и в то же время специфический набор ферментов, действующих на некрахмальные полисахариды, чем различные микроорганизмы.

Таким образом, анализ литературного обзора показал, что семена масличных культур — перспективный и дополнительный источник не только макронутриентов, но и биологически активных веществ. Наличие трудноотделимой оболочки лимитирует возможности использования семян масличных растений на пищевые цели. В зависимости от целей использования масличных семян требуется аргументированный выбор источника ферментов для биоконверсии нерастворимых полисахаридов.

Использование семян масличных растений на пищевые и лечебные цели

Наибольший практический интерес представляют растительные жирные масла и пищевые растительные белки, содержащиеся в семенах и определяющие основное направление промышленного использования семян масличных растений.

Остающиеся после отделения масла жмых и шрот обладают высокой биологической ценностью, и их используют для получения пищевых и кормовых белков. В перспективе наряду с общим ростом объемов производства масложировой продукции намечается значительное увеличение выпуска прежде всего пищевых белков и продуктов на их основе. В 80-х годах наша промышленность освоила производство пищевых белковых концентратов и изолятов из соевого шрота. Ведутся исследования возможности получения высокобелковых пищевых продуктов из подсолнечного шрота.

Белки масличных семян, являющиеся так называемой попутной продукцией производства растительных масел, представляют большую пищевую ценность. По своему аминокислотному составу они с успехом могут быть использованы для обогащения незаменимыми аминокислотами многих пищевых продуктов, а также в производстве кормов.

Масличные семена и продукты их переработки содержат кроме масла и белка также богатейший комплекс биологически активных соединений, в том числе и витаминной и провитаминной природы. Так, масличные семена исключительно богаты жирорастворимыми витаминами и провитаминами-токоферолами, стероидами и каротиноидами, в их оставе много водорастворимых витаминов — тиамина, рибофлавина, пиридоксина, биотина, фолиевой кислоты, пантотеновой кислоты, инозита, аскорбиновой кислоты и др. Богат и разнообразен фосфолипидный комплекс масличных семян - в его составе фосфатдилхолины, фосфатидилэтаноламины, фосфатидилсерины, инозитфосфатиды, фосфатидные кислоты и их соли. Наконец, масличные семена содержат уникальный набор макро- и микроэлементов, суммарное содержание которых почти в 2 раза превышает их количество в семенах других культур [150].

Плодовая и семенная оболочки масличных семян являются сырьем для гидролизного производства, а также могут служить перспективным источником для получения растительных восков и других химических продуктов.

Исключительно ценный химический состав масличных семян создает большие возможности для комплексного использования растительного масличного сырья в промышленности.

В настоящее время выпускается широкий ассортимент пищевых продуктов, содержащих семена масличных растений.

Использование виноградных семян как маслосодержащего сырья известно с 20 века. Анализ литературных источников показал, что основная масса работ, выполненных с 60-х по 80-е годы, связана с разработкой способов получения масла и изучением его физико-химических характеристик. В 80-ых годах появляются публикации по разработке способов переработки виноградного шрота и жмыха, комплексной переработке виноградных семян. В 90-х годах сформировалось новое направление переработки виноградных семян - получение функциональных пищевых и биологически активных добавок.

В работе [159] отмечено положительное влияние виноградного масла на эпитализацию наружных и внутренних кожных покровов. Масло из виноградных семян в отечественной, так и в зарубежной практике получают прессованием. Побочными продуктами производства виноградного масла является виноградный шрот и жмых, из которого получают виноградную муку.

В Японии разработан способ получения пищевой муки из семян винограда, при котором подсушенные семена промывают водой, обрабатывают паром, кипятят и подвергают соложению в специальных камерах. Полученный белый солод подсушивают, смешивают с таким же количеством сухих семян и вновь подвергают сушке до появления блестящей маслянистой коричневой окраски. Затем охлаждают, размалывают, просеивают и отдельную часть вновь обжаривают. Объединенную массу превращают в тонкий порошок [33].

Известна также комплексная технология переработки виноградных семян с получением виноградного масла, энотанина, белкового концентрата и фитина [73].

При выработке из томатов томатного сока, соусов, томат-пюре и томат-пасты отходами являются выжимки, представляющие собой смесь кожицы плода, семян и незначительных остатков мякоти. Из томатных семян получают масло от светло- желтого до темно-коричневого цвета, иногда с более интенсивной красноватой окраской вследствие высокого содержания каротиноидов (до 1,0%). Масло используется для пищевых и технических целей.

Известно использование соевой муки в производстве кондитерских изделий [48]. Введение соевой муки в кондитерские изделия может осуществляться в широком диапозоне в зависимости от рецептуры и заданных реологических свойств конфетных масс, а также исходного жиросодержания соевой муки.

Направления использования соевой муки в кондитерском производстве обусловлены: - соотношением относительно низкой стоимости соевой муки и заменяемого дорогостоящего традиционного орехоплодного, молочного и другого сырья; - функционально-технологическим свойствам соевой муки: величиной влаго-и жиропоглощения, эмульгирующей, пено- и гелеобразующей способностями; - целесообразность снижения калорийности и необходимости повышения пищевой ценности кондитерских изделий.

Целлюлолитические ферменты

В последнее время стремительно расширяется область применения биотехнологии благодаря высокой специфичности действия биокатализаторов и возможности проведения процессов при умеренных температурах. Особенно это характерно для пищевой промышленности. Растет интерес к использованию ферментных препаратов.

Зарубежными исследователями показана возможность биотехнологического подхода к решению проблемы экстракции масел из растительного сырья с помощью ферментативного гидролиза клеточных структур, и компонентов сырья, связывающих липиды [40]. Так, в Англии изучали возможность извлечения оливкового масла с использованием цитолазы [168], в Японии выделяли пальмоядровое масло обработкой сырья смесью различных ферментов [169], в США был предложен способ экстракции кокосового масла с помощью ферментов полигалактуроназы, а-амилазы и протеазы [170], итальянские ученые получали масло из косточек авокадо, используя ферментные препараты.[171]. Немецкие исследователи предложили способ выделения растительного масла из маслосодержащих зародышей зерна [175], и из зародышей кукурузы [35], а также из рапса и сои [137] с помощью биокатализаторов.

В нашей стране аналогичные исследования ведутся на кафедре органической химии МГУПП совместно с ВНИИЖ и Кубанским филиалом ВНИИЖ [40,41,42,93], параллельные исследования проводятся и в других городах и институтах России. Наилучшие результаты получены при использовании ферментов Целловиридина Г20Х и АП-субтилина, выпускаемых АО «Биосинтез» (г.Вильнюс).

В Московском государственном университете пищевых производств изучали возможность применения биотехнологического подхода для экстракции растительных масел из разных видов сырья. Для извлечения растительного масла проводили биодеструкцию измельченного сырья в присутствии ферментов, чтобы разрушить нелипидные компоненты и позволить перейти связанные с ним липиды в водный раствор.

Первоначально исследования проводили на первом по значимости в нашей стране масличном сырье - семенах подсолнечника. Использовали подсолнечный форпрессованный жмых (ФПЖ) и ферментный препарат Целловиридин Г20х, активность которого по фильтровальной бумаге, характеризующая суммарное действие целлюлолитических ферментов, составляла 1700-2000 ед/г.

Анализ химического состава и показателей качества липидов, выделяемых предлагаемым методом, показал, что биоконверсия растительного сырья не оказывает влияния на жирно-кислотный и групповой составы и на показатели качества извлекаемого масла.

Промышленное производство препаратов целлюлазы и гемицеллюлазы организовано в США и ФРГ, препаратов целлюлазы - в Японии [135], Англии и Франции. Японская целлюлаза АР, AP-S используется в крахмалопаточной промышленности, при производстве фруктовых соков, соевого белка, добавляется в корма к сельскохозяйственным животным.

Препараты целлюлазы гидролизуют целлюлозу, ее производные, гемицеллюлозу и гумми-вещества. Они применяются в производстве масла из цитрусовых, в пивоварении, при производстве пряностей, для утилизации жмыха, в фармацевтической промышленности. Препарат гемицеллюлазы Се-100 гидролизует гемицеллюлозы и используется в производстве кофе для расщепления целлюлозы в процессе сушки, в производстве чая для разрушения целлюлозы в процессе ферментации, в Венгрии целлюлазу используют для обработки клубники, что улучшает процесс отделения сока и ускоряет его фильтрацию. Целлюлазой обрабатывают высушенную хлореллу, сухую люцерну и комбикорма для повышения их усвояемости .

Целлюлолитические ферменты используют также для обработки моркови, яблок при приготовлении джемов, для экстракции и осветления соков, обработки макаронных изделий с целью уменьшения сроков их варки, обработки морских водорослей при получении агара. Целлюлолитические ферменты находят широкое применение при производстве крахмала. Обработка картофельной муки ферментным раствором целлюлаз повышает выход крахмала. Эти ферменты применяют также при получении из дрожжей аминокислот, белков и витаминов [10].

Промышленное производство целлюлолитических ферментов основано на их микробном синтезе. Так, целлобиазы продуцируют Asp, niger, Trich. reesei, целлюлазы и гемицеллюлазы - Asp. niger, Asp. oryrae, Rh. delemar, Rh. oryrae и др. С одной стороны использование ферментов микробиологического происхождения является перспективным способом ускорения технологических процессов, с другой стороны изготовители ферментных препаратов в нормативной и технической документации обязаны указывать источник получения препарата и вид организма — продуцента, давать их характеристику, включая активность (основную и дополнительную) [91].

Ферментные препараты микробиологического происхождения не должны содержать жизнеспособных форм продуцентов ферментов. Препараты бактериального происхождения не должны иметь антибиотической активности. Препараты грибного происхождения не должны содержать микотоксинов. Контаминация ферментных препаратов посторонней микрофлоры не должна превышать определенных лимитов. Для соблюдения этих требований должна предусматриваться тщательная очистка и строгий контроль на всех этапах их выделения, что значительно удорожает их стоимость.

Исследование химического состава семян облепихи

Облепиха вошла в число интенсивно изучаемых в настоящее время объектов ресурсоведческого характера как источник витаминной промышленности. Подавляющее большинство публикаций фитохимического направления содержит, главным образом, информацию о процентном содержании масла, витаминов, органических кислот, Сахаров в плодах облепихи, реже встречается информация о химическом составе семян облепихи. Более детальные исследования семян облепихи, как ценного пищевого сырья, немногочисленны.

Содержание семян в плодах облепихи разных сортов составляет (5.6-10.0)%. Облепиховые семена являются побочным продуктом при переработке плодов облепихи, при этом их объемы значительны. Промышленные сады Селенгинского района республики Бурятия могут давать 700-800 тонн ягод в год. В условиях промышленной переработки 1 т ягод, объем семян облепихи составляет 60-100 кг. Вопросам исследования биохимического -состава и физико-химических характеристик семян облепихи в научно-технической литературе уделяется мало внимания. Это связано с тем, что семена облепихи не рассматриваются, как промышленное сырье для получения фармакопейного облепихового масла, а также отсутствием однозначного мнения о направлении его использования. Из литературных источников известно, что масло из семян облепихи издавна использовали в Китае в качестве лечебного и профилактического средства [94].

В нашу задачу входила оценка возможности использования семян облепихи в пищевой промышленности. Для решения данной задачи, в первую очередь, исследовали химический состав. В эксперименте изучали семена облепихи крушиновидной, собранной с плантации СПК «Облепиховый» республики Бурятия в 2002 году в период ее технической зрелости.

Облепиховые семена состоят из ядра (зародыша) и оболочки, составляющих (45-50)% и (50-55)% от массы семени, соответственно. Зрелое семя облепихи состоит из массивного зародыша, включающего корешок, почечку, две семядоли и остаток эндосперма, в виде колпачка окружающего корешок. В семени жировые включения локализуются в семядолях [117-119]. Химический состав облепиховых семян представлен в таблице 2.

Как следует из данных таблицы 2, семена облепихи богаты белками. По содержанию белка семена облепихи превосходят зерновые культуры, и находятся на уровне семян масличных культур, таких, как подсолнечник, рапс, горчица, арахис [127].

Всем известны лечебные свойства облепихового масла. Но фармацевты нашей страны предпочтение отдают маслу, полученному из плодовой мякоти. В то же время в Западной Европе в последнее время появился интерес к маслу из семян облепихи. Именуют его «белым» облепиховым маслом. По данным работ [147] содержание масла в семенах облепихи колеблется в пределах (5-17)% и связано с морфологическим полиморфизмом облепихи. В результате наших исследований установлено, что содержание масла в изучаемых семенах в пределах 15%.

Анализ химического состава семян показал, что семена содержат большое количество грубых пищевых волокон, из которых состоит оболочка семени. Высокое содержание клетчатки в семенах облепихи лимитирует их непосредственное применение в составе пищевых продуктов. Механическое отделение оболочки семян приведет к получению муки из семян облепихи, лишенной комплекса пищевых волокон. Поэтому необходимы современные методические подходы для сохранения пищевых волокон в составе продукта из семян облепихи. Поэтому необходим поиск путей более глубокой переработки муки из семян на основе биотехнологического подхода, с последующим использованием биологически активных компонентов в продуктах питания.

По содержанию золы, характеризующей количество минеральных веществ, облепиховые семена находятся на уровне семян следующих масличных культур: подсолнечник -2,9%, кукуруза -3,4%, ядра арахиса -2,9%, но уступают семенам рапса -4,6%, сои -5,0%, мака -6,7%, горчицы -4,8%, кунжута-5,1%,.

Характерной особенностью плодов облепихи является количественное и качественное непостоянство их биохимического состава, которое зависит от физиолого-генетических особенностей сорта облепихи, агроклиматических условий ее выращивания, места произрастания облепихи.

Исследование биологически активных веществ. Растения традиционно использовались не только в пищу, но и для лечения болезней, поскольку содержат фармакологически действующие биологически активные вещества. Облепиха принадлежит к группе видов растений, занявших наиболее заметное место среди объектов фитохимических исследований. Это связано с обнаружением в плодах облепихи целого ряда биологически активных веществ.

В таблице 3 приведены данные нашего эксперимента о витаминном составе семян облепихи, которые показывают, что данное сырье богато токоферолами, биофлавоноидами, витаминами В І И Вг, содержит аскорбиновую кислоту, каротиноиды.

Обоснование необходимости ферментации грубых волокон оболочки семян

Все полученные данные по пищевой ценности подтверждают, что семена облепихи по своим химическим показателям и показателям безопасности являются ценным сырьем для создания пищевого продукта.

Анализ химического состава семян показал, что семена содержат большое количество грубых пищевых волокон, из которых состоит оболочка семени. Высокое содержание грубой клетчатки в семенах облепихи лимитирует их непосредственное применение в составе пищевых продуктов, хотя пищевые волокна должны обязательно присутствовать в составе пищи согласно теории адекватного питания. Суточная потребность в пищевых волокнах составляет 25 г, включая нерастворимые и растворимые волокна. Грубые волокна выполняют в пищеварительном тракте, в основном, роль стимулятора моторной функции кишечника и адсорбента токсичных элементов. Однако, их повышенное содержание в продукте влияет негативно не только на его органолептические характеристики, но и на связывание нужных организму макро и микроэлементов. Положительная роль в нормализации состава микрофлоры кишечника принадлежит олигосахаридам, которые относятся к функциональным ингредиентам, под названием пребиотики.

Существующие методы отделения оболочки от ядра приводят к большим потерям полезных веществ самого ядра и полному удалению пищевых волокон. Поэтому для решения данной проблемы был выбран биотехнологический подход - частичная деструкция неусваиваемых полисахаридов оболочки семян путем ферментации лузги, которую получали при просеивании муки из цельных семян через сито с диаметром отверстий 0,5мм. Выделенная таким образом «лузга» с примесями ядра имеет в своем составе в среднем 42,3 % клетчатки. Следующим этапом исследований был поиск пути снижения количества грубой клетчатки путем ее ферментации. Выбор и характеристика природного источника целлюлолитических ферментов для биотрансформации оболочки семян. Выбор источника целлюлолитических ферментов проводили учитывая его доступность, пищевую ценность, удобство использования и стоимость.

В разделе 2.2.4. было показано, что белки семян облепихи не сбалансированы по аминокислотному составу, поэтому, исходя из задач исследования, необходимо было решать параллельно две задачи: частичную ферментацию грубых волокон и повышение сбалансированности аминокислот в белках. При использовании чистых ферментных препаратов решается только одна из поставленных задач.

С целью ферментации нерастворимых полисахаридов оболочки семян изучали возможность использования природного источника, содержащего не только цитолитические ферменты, но и обладающего достаточно высокой пищевой ценностью. Известно, что пророщенные семена, каким является ячменный солод, являются совершенно особым продуктом, поскольку при употреблении в пищу, мы получаем уже обработанные ферментами растения простые вещества - легкоусваиваемые аминокислоты, жирные кислоты и простые сахара.

Как было показано в главе 1.2. источниками ферментов могут быть пророщенные семена злаковых растений [67,113,140,149], в которых значительно возрастает активность всех гидролитических ферментов. Известно, что в пивоварении применяется солод как источник амилолитических, протеолитических и цитолитических ферментов. В солоде имеются ферментные системы, объектом воздействия которых являются некрахмальные полисахариды: целлюлоза, гемицеллюлоза, пентозаны и гумми-вещества. В связи с этим в качестве ферментного источника было выбрано два вида солода - ячменный, применяемый в пивоварении и ржаной, который используется в хлебопечении. В модельном эксперименте на микрокристаллической целлюлозе исследовали сравнительную активность целлюлаз ячменного солода и ржаного.

Активность целлюлолитических ферментов определяют по содержанию неразрушенной целлюлозы весовым способом, или по содержанию растворимых углеводов после гидролиза целлюлозы. Мы определяли цитолитическую активность по количеству образовавшихся спирторастворимых углеводов, содержание которых находили, используя колориметричский способ с применением антронового реактива. С помощью этого метода определяют растворимые углеводы- олигосахариды, целлобиозу, глюкоза, и исключают определение пентоз и высокомолекулярных веществ. Для анализа брали водный раствор фермента -солода, в качестве субстрата использовали микрокристаллическую целлюлозу, инкубацию проводили в течение 1 часа при температуре 45 С. Параллельно готовили контрольную пробу, используя только солод для исключения амилазной активности солодов. Разница между опытной и контрольной пробой дает целлюлолитическую активность. Получили следующие данные: целлюлолитическая активность ячменного солода -115 ед/г, а ржаного —43 ед/г. Поскольку целлюлолитическая активность ячменного солода оказалась выше, в дальнейших исследованиях использовали солод пивоваренный ячменный светлый по ГОСТ 29294-92.

Природное ферментсодержащее сырье имеет ряд преимуществ перед чистыми ферментными препаратами.

Пророщенные злаки - совершенно особый продукт. Включение их в рацион - возможность использовать в пищу целостный живой организм, обладающий всеми природными биологическими свойствами и находящийся в фазе максимальной активности.

Похожие диссертации на Разработка технологии получения биокомпозита на основе семян облепихи

Разработка технологии получения биосорбентов на основе осадочных пивных дрожжей и их применения для производства пива, этилового спирта и других пищевых продуктовКарпенко Дмитрий Валерьевич

Разработка и научное обоснование технологии получения рыбного гидролизата - основы белковой зернистой икры Косарина Елена Борисовна

Разработка ресурсосберегающей технологии получения белково-витаминного кормопродукта на основе обогащенной послеспиртовой бардыМакушин Борис Иванович

Интенсификация процесса получения ржаного солода и разработка технологии кваса на его основеКроль Анна Николаевна

Разработка технологии этанола из ИК-обработанного ячменя на основе получения и сбраживания концентрированного суслаСумина Людмила Ивановна

Научное обоснование и разработка технологий получения и холодильного консервирования фитопрепаратов и пищевых продуктов с биологически активными веществами дикорастущего сырьяБазарнова, Юлия Генриховна

Разработка технологии получения биологически активных добавок из гидробионтов и отходов их разделки Новикова Маргарита Владимировна

Разработка технологии получения из молочной сыворотки регуляторов роста растений с использованием электроактивированной воды, процессов сорбции и ферментации Плющ Елена Валентиновна

Разработка технологии получения комплексных пищевых добавок с использованием кислотообразующих бактерийКуксова Елена Владимировна

Разработка технологии получения виноматериалов с использованием иммобилизованных дрожжей, обеспечивающей биотрансформацию пестицидовХарламова, Лариса Николаевна