Современные тренды в пищевой промышленности, направленные на увеличение доли растительных белков, устойчивость производства и создание продуктов функционального назначения, стимулируют поиск новых видов сырья [1,2]. Бобовые культуры (горох, нут, чечевица, люпин, соя, фасоль) являются ценным источником белка, пищевых волокон, витаминов и минералов [3]. Одним из способов их глубокой переработки и повышения пищевой ценности является технология солодоращения – контролируемое проращивание семян, активирующее эндогенные ферменты [4].

Однако классический процесс получения солода, оптимизированный для ячменя и пшеницы, неэффективен для бобовых. Высокое содержание белка, клетчатки (гемицеллюлозы, пектины), олигосахаридов семейства раффинозы (стахиоза, раффиноза) и антипитательных веществ (ингибиторы протеаз, фитаты, танины) осложняет гидролиз крахмала, приводит к низкой экстрактивности, формирует вяжущий вкус и вызывает метеоризм у потребителей [3, 5, 6]. Решение этих проблем лежит в применении целенаправленных биокаталитических подходов.

Бобовые относятся к одной из наиболее популярных сельскохозяйственных культур, употребляемых человеком [6]. Согласно статистическим данным, полученным исследовательской компанией ID-Marketing, на российском рынке наблюдается тенденция к увеличению объемов выращивания бобовых культур, данные представлены на рисунке 1 [7].

Рисунок 1 – Динамика посевных площадей зернобобовых культур в России в 2020–2025 гг., млн га

Список крупнейших по состоянию на 2025 год производителей бобовых культур представлен на рисунке 2 [8].

Рисунок 2 – Крупнейшие отечественные производители бобовых культур, 2025 г.

Особенностью бобового сырья, используемого в качестве субстрата для солодоращения, является принципиально иной биохимический профиль по сравнению со злаками:

– углеводный комплекс: содержание крахмала вариабельно (у нута и гороха – до 50–60 %, у сои – низкое), присутствуют значительные количества некрахмальных полисахаридов – целлюлоза, гемицеллюлозы, пектины (5–15 %). Высокое содержание олигосахаридов (раффиноза, стахиоза) – до 5–8 %;

– белковый комплекс: высокое содержание белка (20–40 %) с преобладанием запасных белков (легумин, вицилин), которые слабо гидролизуются собственными протеазами при проращивании;

– наличие антинутриентов: фитиновая кислота (связывает минеральные вещества), ингибиторы трипсина и химотрипсина, лектины, таннины, сапонины;

– жиры, особенно в сое, могут окисляться, давая неприятные привкусы;

– эндогенная ферментная система: при проращивании активируются, в основном, протеазы и фитаза. Активность амилаз и ферментов, разлагающих некрахмальные полисахариды (полигалактуроназа, ксиланаза), незначительна [5, 9].

Данные особенности требуют внешнего биокаталитического воздействия для эффективного преобразования сырья в солод с высоким выходом экстракта и желаемыми свойствами.

Первым этапом производства солода является замачивание сырья. Замачивание может происходить с использованием разбавленных растворов кислот и щелочей с целью проведения предварительной экстракции веществ из пищевой матрицы сырья.

Наиболее эффективным способом экстракции служит обработка субстрата ферментами амилолитического действия, при которой происходит деструкция клеток пищевой матрицы сырья, на данном этапе для осахаривания полисахаридов, как правило, применяют фермент β-галактозидазу (α-галактозидазу) [4, 11].

Экстракция и осахаривание способствуют повышению сладости приготавливаемого сусла и предотвращают возникновение газообразования в процессе технологической обработки сырья.

Кроме того, в процессе замачивания активируется фермент фитаза, содержащийся непосредственно в составе бобовых. Фитаза расщепляет фитаты, – антипитательные вещества, снижающие пищевую ценность продуктов питания, изготовленных на основе растительного сырья, за счет образования неперевариваемых комплексов в организме человека; в процессе расщепления фитатов высвобождается фосфор. Ферменты полифенолоксидаза и таниназа способны модифицировать дубильные вещества, снижая вяжущий вкус продукта [4, 5, 10].

Набухшие при замачивании семена бобовых подаются на стадию проращивания (солодоращения) с целью максимальной активации ферментов сырья, – эндогенных гидролаз, значительно снижающих концентрацию фитатов и дубильных веществ. Обработка субстрата гиббереллиновой кислотой способствует повышению активности ферментов амилолитического и протеолитического действия [5, 12, 13].

Модификация профиля изготавливаемого продукта в процессе проращивания солода, как правило, сопровождается воздействием на химическую структуру семян ферментов, продуцируемых культивируемыми на используемом субстрате микроорганизмов. Представленный процесс называется ко-инокуляцией (совместное проращивание с микроорганизмами).

При ко-инокуляции наблюдается воздействие на субстрат экзогенных ферментов различных штаммов плесневых грибов (Aspergillus oryzae, Rhizopus spp.) или молочнокислых бактерий, – амилазы, протеазы, липазы, фитазы [14].

Микробная ферментация, помимо снижения антипитательных веществ в составе растительного сырья, способствует улучшению микробиологической чистоты продукта и формированию специфических ароматов [15].

Существующие способы ферментации также предполагают внесение в субстрат различных ферментных препаратов специфического действия без проведения ко-инокуляции, в том числе на этапе томления (сушки/обжарки) продукта.

Для гидролиза углеводов используют целевые ферментные комплексы. Амилазный комплекс (α- и β-амилазы, глюкоамилаза) – обеспечивает осахаривание крахмала до сбраживаемых сахаров (мальтоза, глюкоза). Критически важен для бобовых с высоким содержанием крахмала.

Комплекс ферментов, разрушающих некрахмалистые полисахариды (ксиланаза, β-глюканаза, целлюлаза, пектиназа) – увеличивает выход экстракта за счет разрушения матрикса клеточных стенок, снижает вязкость сусла, улучшает фильтруемость [4, 10].

Фермент α-галактозидаза – устраняет олигосахариды, вызывающие метеоризм [11].

Для гидролиза белков и улучшения пищевой ценности применяют Протеазный комплекс (эндо- и экзопептидазы) – гидролизует запасные белки до пептидов и свободных аминокислот. Это повышает содержание свободного аминного азота, необходимого для дрожжей, улучшает пенообразование и снижает риск образования белковых помутнений [14, 15].

Конечная стадия обработки субстрата проводится с целью остановки биохимических процессов, формирования цвета и аромата изготавливаемого продукта.

Применяемые термостабильные ферменты (например, некоторые бактериальные амилазы) способствует продолжению гидролиза в начальный период подъема температуры.

Эффективность проведения гидролиза содержащихся в составе семян бобовых белковых веществ и полисахаридов влияет на образование реакции Майяра при тепловой обработке за счет образования редуцирующих сахаров и свободных аминокислот. Благодаря данной особенности становится возможным более точно контролировать процесс установления цвета (от карамельных до жженых тонов), вкуса и аромата солода [4, 10].

Таким образом, применение биокаталитических подходов позволяет трансформировать производство бобового солода из трудноуправляемого процесса в технологию с заданными параметрами.

Возможно направленно получать солод с высоким содержанием определенных компонентов: пребиотических олигосахаридов (при частичном гидролизе), биоактивных пептидов (за счет контролируемого протеолиза), легкоусвояемых форм минералов (после действия фитазы).

Применение солода, изготовленного на основе бобовых способствует расширению сырьевой базы пивоварения и производства безалкогольных напитков. Данный компонент может частично или полностью заменять ячменный солод в рецептурах, создавая продукты для людей с непереносимостью глютена или новые вкусовые линейки.

Бобовый солод, полученный с применением ферментов, может служить основой для солодовых экстрактов, ароматизаторов, натуральных подсластителей и обогатителей для хлебобулочных, кондитерских изделий и мясных аналогов [4, 10].

Ферментные технологии сокращают время проращивания, повышают выход целевых продуктов и снижают отходы.

По результатам проведенного литературного обзора доказано, что интеграция ферментных препаратов и микробных биокатализаторов в технологическую схему солодоращения бобовых культур является высокоперспективным направлением. Это открывает путь к созданию нового поколения растительных солодовых продуктов с улучшенными технологическими, питательными и органолептическими характеристиками, отвечающих запросам современного рынка здорового и устойчивого питания. Для успешной коммерциализации необходимы дальнейшие исследования по оптимизации состава ферментных коктейлей, режимов их внесения и разработке экономичных способов получения/применения биокатализаторов.