Исследование влияния технологических параметров и сравнительная оценка приемов ферментативного гидролиза инулинсодержащего сырья

Введение: Пребиотические олигосахариды привлекают все больше внимания исследователей благодаря многочисленным нутрицевтическими, полезными для здоровья свойствам и представляют значительный интерес для научных исследований в пищевой промышленности. В Российской Федерации основным источником сырья для промышленного производства инулина является клубненосный подсолнечник (Helianthus tuberosus L.), который отличается высоким содержанием белка. Это обстоятельство представляет технологические трудности при его переработке. Традиционно в технологии производства инулина из растительного сырья для расщепления пектиновых и целлюлозных соединений преобладает ферментативный гидролиз. Интерес представляет выявление наиболее эффективного ферментативного препарата, демонстрирующего наилучшие показатели при оптимальных параметрах процесса обработки субстратов инулинсодержащего сырья.

Цель: исследование эффективности применения ферментативных препаратов различных типов на изменение углеводного состава экстрактов инулинсодержащего сырья и поиск оптимальных параметров процессов предварительной обработки.

Материалы и методы: В проведенном исследовании в качестве эталона взяты ферментативные комплексы Пектолюкс, Целлолюкс БГК, в качестве альтернативы исследовано воздействие комплексом Биозим Plus. В качестве объекта исследования изучен водный экстракт из высушенного и измельченного клубнеплода топинамбура сорта Омский белый, полученный из субстрата, обработанного ферментными препаратами. Методы исследования включали определение массовой доли сухих веществ, рефрактометрический анализ экстрактов. Исследование углеводного состава экстрактов проводилось методом высокоэффективной жидкостной хроматографии при оценке полученных значений с образцом стандарта, содержащего смесь углеводов (глюкоза, фруктоза, сахароза). Сравнение показателей качества производилось по оценке органолептических характеристик полученных экстрактов (цвет, прозрачность, опалесценция). Кинетика процесса экстракции изучена при варьировании дозировки ферментативного препарата и гидромодуля, при температурных режимах в диапазоне 40÷80°C, при продолжительности экстракции в диапазоне 20÷60 минут.

Результаты: Комплексный анализ физико-химических характеристик контрольного и изучаемых экстрактов и их углеводного состава показал значительное различие содержание инулина и показателей качества. Образцы, для которых при ферментативном гидролизе использовались препараты Целлолюкс БГК и Биозим Plus, отличались значительной степенью опалесценции, но имели более светлый, желтоватый оттенок. Экстракт после обработки препаратом Пектолюкс имел соломенный цвет и высокую степень прозрачности. Объем экстракта увеличился при использовании препарата Пектолюкс в два раза, комплекса Целлолюкс БГК – в 1,6 раза, по сравнению с контрольным образцом. При температурном режиме до 50 ℃ содержание в экстракте инулина линейно увеличивается, далее не происходит значительного роста, при этом после 70℃ происходит гидролиз инулина, с распадом до ди- и моносахаридов.

Выводы: В рамках лабораторного эксперимента с контролируемыми условиями проведен сравнительный анализ и оценка эффективности воздействия ферментативных препаратов различной активности на степень гидролиза и образование олигосахаридов из пектиновых и целлюлозных соединений инулинсодержащего сырья. Концентрация инулина в полученных экстрактах составила 78–79%, что свидетельствует о высоком качестве продукта. Результаты исследования на примере переработки клубней топинамбура подтверждают эффективность использования ферментных препаратов. Полученные результаты открывают новые перспективы для развития биотехнологических процессов и повышения их экономической эффективности.

1. Байдалинова, Л.С., & Мельникова, В. А. (2016). Использование топинамбура для производства порошкообразного заменителя кофе. Вестник Международной академии холода, 1, 13–18. https://doi.org/10.21047/1606-4313-2016-15-1-13-18

2. Бакин, И.А., Макарова, А.А., & Гаспарян, Ш.В. (2023). Анализ устойчивости технологии очистки клубней топинамбура. Ползуновский вестник, 3, 21-33. https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2023.03.003

3. Бызов, В.А. (2022). Системный анализ состояния и перспективы развития производства инулина (обзор). Аграрная наука Евро-Северо-Востока, 23 (6), 757-776. https://doi.org/10.30766/2072-9081.2022.23.6.757-776

4. Бызов, В.А., Пучкова, Т.С., & Пихало, Д.М. (2023а). Оценка показателей качества клубней топинамбура для переработки на инулин и его производные. Пищевая промышленность, 4, 58-62. https://doi.org/10.52653/ppi.2023.4.4.010

5. Бызов, В.А., Пучкова, Т.С., & Пихало, Д.М. (2024). Влияние биохимических свойств топинамбура на качество и свойства получаемого из него инулина. Пищевая промышленность, 12, 60-66. https://doi.org/10.52653/ppi.2024.12.12.012

6. Бызов, В.А., Шилов, В.В., Старовойтов, В.И., & Литвяк, В.В. (2023b). Предпосылки создания технологии выращивания и переработки топинамбура, влияющей на степень полимеризации олисахаридов в клубнях. Вестник рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева, 15(3), 92-103. https://doi.org/10.36508/rsatu.2023.47.22.013

7. Быкова, С.Т., & Калинина Т.Г. (2022). Инулин и олигофруктоза - перспективные ингредиенты для обогащения функциональных продуктов детского питания. Пищевая промышленность, 8, 8-11. https://doi.org/10.52653/PPI.2022.8.8.001

8. Василев, Д., Джёрджевич В., Карабасил Н., Димитриевич М., Петрович З., Велебит Б., Теодорович В. (2017). Инулин как пребиотик и заменитель жира в мясных продуктах Теория и практика переработки мяса, 2(2), 4-13. https://doi.org/10.21323/2414-438X-2017-2-2-4-13.

9. Коденцова, В.М., Леоненко, С.Н., Бекетова, Н.А., Кошелева, О.В., Вржесинская, О.А., Сокольников, А.А., Шевякова, Л.В., & Рисник, Д.В. (2022). Инулин как компонент обогащенных пищевых продуктов: влияние на микронутриентный статус организма. Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии, 25 (3), 34 – 42. https://doi.org/10.29296/25877313-2022-03-05

10. Коннова, О.И., & Максименко. Ю. А. (2025), Технология получения инулина из клубней топинамбура. Индустрия питания, 10 (1), 23-29. https://doi.org/10.29141/2500-1922-2025-10-1-3

11. Крутихина, С.Б., Геппе, Н.А., Яблокова, Е.А., & Кудряшова, М.А. (2023). Функциональные запоры у детей раннего возраста: современные возможности использования про- и пребиотиков. Лечащий Врач, 26 (1), 1-14. https://doi.org/10.51793/os.2023.26.1.002

12. Кутейникова, Е., Дьякова, Н., & Банова, М. (2024). Инулин: источники и методы получения (обзор). Биофармацевтический журнал, 16 (1), 3-11. https://doi.org/10.30906/2073-8099-2024-16-1-3-11

13. Леонтьев, В.Н., Титок, В.В., Дубарь, Д.А., Игнатовец, О.С., Лугин, В.Г., & Феськова, Е.В. (2014). Инулин из топинамбура: биосинтез, структура, свойства, применение. Труды Белорусского государственного университета. Физиологические, биохимические и молекулярные основы функционирования биосистем, 9(1), 180-185. https://elib.bsu.by/handle/123456789/121907

14. Мунгуннаран, Д., Мунхгерел, Л., Одончимэг, М., Регдел, Д. & Намжил, Э. (2022). Оптимизация процесса экстракции полисахаридов из природного сырья. Вестник Института химии и химической технологии, 10 (10), 17–23. https://doi.org/10.5564/bicct.v10i10.18044

15. Нугманов, А.Х.Х., Бакин, И.А., Мустафина, А.С., & Шаповалова, П.Н. (2024). Исследование технологических методов экстракции инулина из корней обыкновенного цикория (Cichorium intybus L.). Хранение и переработка сельхозсырья, 4, 33-44. https://doi.org/10.36107/spfp.2024.4.597

16. Нуридуллаева, К.Н., Кариева, Ё.С., & Халилов, Р. М. (2023). Разработка промышленной технологии производства инулина из корней одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale Wigg.). Химико-фармацевтический журнал, 57 (8), 67-72. https://doi.org/10.30906/0023-1134-2023-57-8-67-72

17. Петров, С. М., Подгорнова, Н. М., & Григорьев, Д. А. (2022). Инулин как перспективный натуральный пребиотик многоцелевого использования. Пищевая промышленность, 7, 66-74. https://doi.org/10.52653/ppi.2022.7.7.012

18. Пучкова, Т.С., Бызов, В.А., Пихало, Д.М., & Карасева, О.М. (2021). Технологическая оценка и требования к качественным показателям топинамбура и цикория для переработки на инулин и его производные. Пищевая промышленность, 10, 86-91. https://doi.org/ 10.52653/PPI.2021.10.10.012

19. Рожкова, А.М., Денисенко, Ю.А., Милова, Е.С., Зоров, И.Н., Синицына, О.А., Ярошенко, Е.В., & Синицын, А.П. (2023). Новый комплексный ферментный препарат экзо-инулиназы и пектинлиазы для использования в технологии переработки топинамбура. Биотехнология, 39 (5), 33-43. https://doi.org/10.56304/S0234275823050101

20. Типсина, Н.Н., Демиденко, Г.А., & Кох, Д.А. (2023). Технология получения и применения полуфабрикатов из топинамбура для обогащения хлебобулочных изделий. Ползуновский вестник, 4, 140-145. https://doi.org/10.25712/astu.2072-8921.2023.04.018

21. Шаненко, Е.Ф., Мухамеджанова, Т.Г., Скородумов, А.С., & Нестеров, Е.Д. (2023). Получение концентрата фруктоолигосахаридов из клубней топинамбура для функциональных продуктов. Пиво и напитки, 4, 20-25. https://doi.org/10.52653/pin.2023.04.007

22. Alonso-Allende, J., Milagro, F.I., & Aranaz, P. (2024). Health Effects and Mechanisms of Inulin Action in Human Metabolism. Nutrients, 16, (17), 2935. https://doi.org/10.3390/nu16172935

23. Atta, A., Sharif, S., Haroon, K., Rasheed, M., Menon, S.V., Balaji, J., Jain, B., Jameel, Q.Y. and Shah, M.A. (2025). A Comprehensive Review on Health Benefits of Fructooligosaccharides. eFood, 6: e70041. https://doi.org/10.1002/efd2.70041

24. Chauhan, D. S., Vashisht, P., Bebartta, R. P., Thakur, D., & Chaudhary, V. (2025). Jerusalem artichoke: A comprehensive review of nutritional composition, health benefits and emerging trends in food applications. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 24, e70114. https://doi.org/10.1111/1541-4337.70114

25. Melilli, M. G., Buzzanca, C., & di Stefano, V. (2024). Quality characteristics of cereal-based foods enriched with different degree of polymerization inulin: A review. Carbohydr Polym, 332, 121918. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.121918

26. Mitchell, C. M., Davy, B. M., Ponder, M. A., McMillan, R. P., Hughes, M. D., Hulver, M. W., Neilson, A. P., & Davy, K. P. (2021). Prebiotic inulin supplementation and peripheral insulin sensitivity in adults at elevated risk for type 2 diabetes: A pilot randomized controlled trial. Nutrients, 13(9), 3235. https://doi.org/10.3390/nu13093235

27. Redondo-Cuenca, A., Herrera-Vázquez, S. E., Condezo-Hoyos, L., Gómez-Ordóñez, E., & Rupérez, P. (2021). Inulin extraction from common inulin-containing plant sources. Industrial Crops & Products, 170, 113726. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.113726

28. Sheng, W., Ji, G., & Zhang, L. (2023). Immunomodulatory effects of inulin and its intestinal metabolites. Frontiers in Immunology, 14. https://doi.org/10.3389/fimmu.2023.1224092

29. Teferra, T.F. (2021). Possible actions of inulin as prebiotic polysaccharide: A review. Food Frontiers 2, (4), 1-10. https://doi.org/10.1002/fft2.92

30. Visuthranukul, C., Sriswasdi, S., Tepaamorndech, S., Chamni, S., Leelahavanichkul, A., Joyjinda, Y., Aksornkitti, V., & Chomtho, S. (2024). Enhancing gut microbiota and microbial function with inulin supplementation in children with obesity. International Journal of Obesity, 48 (12), 1696-1704. https://doi.org/10.1038/s41366-024-01590-8

31. Zhou, Z., Zhang, L., Liu, T., Hu, G., Hu, H., Aziz, T., Zhang, M., Wu, J., Naseeb, J., Yang, Z., Yang, Z., & Albekairi, T. H. (2024). Physicochemical properties of yoghurt supplemented with polymerized whey protein and inulin. LWT, 210, 116888. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2024.116888