Влияние условий физической обработки на изменение химического состава пивной дробины

   Исследования проводили с целью изучения эффективности переработки пивной дробины физическими методами (атмосферное, избыточное давление, ультразвук) на основе оценки концентрации соединений католитных экстрактов.

   В качестве экстрагента использовали электрохимически активированную воду (католит, рН = 9,4). Эффективность воздействия контролировали путем определения концентрации полифенольных, азотистых и углеводных соединений католитных экстрактов дробины аналитическими методами. Фенольные соединения сильнее всего накапливались в экстрактах при обработке в течение 3 ч при t = 50 °С и атмосферном давлении – 4,1 мг/г дробины, что на 22,0…44,0 % выше чем в экстрактах, полученных при избыточном давлении и ультразвуке, растворимого азота при обработке в течение 6 ч при t = 50 °С и атмосферном давлении (концентрация возрастает на 22 %, по сравнению с 3 ч обработкой). При избыточном давлении 0,5…1,0 атм и длительности обработки 30 мин выход растворимого азота находился в диапазоне 235,1…247,1 мг/г дробины. Увеличение длительности обработки до 1 ч приводило к снижению концентрации азота до 192,8…195,0 мг/г дробины, что связано с образованием продуктов реакции мелано-илинообразования в условиях повышенных температур. Условия воздействия избыточного давления 0,5…1,0 атм обеспечивают достижение наибольшей концентрации β-глюкана (4,9…9,0 мг/г дробины), накопление которого прямо пропорционально продолжительности обработки и обратно пропорционально величине избыточного давления. Самый высокий выход гексоз и пентоз отмечен при обработке в течение 30 мин в условиях избыточного давления 1,0 атм. С увеличением частоты и продолжительности обработки ультразвуком содержание фенольных соединений и растворимого азота снижалось. Многофакторный корреляционный анализ позволил выявить наибольшее влияние продолжительности и температуры воздействия на концентрацию органических соединений экстрактов пивной дробины.

1. Kebede Y. Analysis of the physico-chemical characteristics of brewers spent grain (BSG) // Journal of Natural Sciences Research. 2020. Vol. 11. No. 18. P. 9–12.

2. Lynch K. M., Steffen E. J., Arendt E. K. Brewers’ spent grain: A review with an emphasis on food and health // J. Inst. Brew. 2016. Vol. 122. P. 553–568. doi: 10.1002/jib.363.

3. Roth M., Jekle M., Becker T. Opportunities for upcycling cereal byproducts with special focus on Distiller’s grains // Trends in Food Science & Technology. 2019. Vol. 91. P. 282–293. doi: 10.1016/j.tifs.2019.07.041.

4. Recovery of biomolecules of high benefit from food waste / F. Nazzaro, F. Fratianni, M. Ombra, et al. // Current Opinion in Food Science. 2018. Vol. 22. P. 43–54. doi: 10.1016/j.cofs.2018.01.012.

5. Using brewer’s spent grain to formulate culture media for the production of bacteriocins using Patagonian strains / A. Paz, S. da Silva Sabo, M. Vallejo, et al. // Lwt. 2018. Vol. 96. P. 166–174. doi: 10.1016/j.lwt.2018.05.027.

6. Hydrolysis of brewers’ spent grain by carbohydrate degrading enzymes / P. Forssell, H. Kontkanen, H. Schols, et al. // J. Inst. Brew. 2008. Vol. 114. No. 4. Р. 306–314. doi: 10.1002/j.2050-0416.2008.tb00774.x.

7. Composition and nutrient value proposition of brewers spent grain / S. Ikram, L. Huang, H. Zhang, et al. // Journal of food science. 2017. Vol. 82. No. 10. P. 2232–2242. doi: 10.1111/1750-3841.13794.

8. Sustainable valorisation pathways mitigating environmental pollution from brewers’ spent grains / M. Kavalopoulos, V. Stoumpou, A. Christofi, et al. // Environmental Pollution. 2021. Vol. 270. Article 116069. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0269749120367580 (дата обращения: 15. 03. 2023). doi: 10.1016/j.envpol.2020.116069.

9. Evaluation of ultrasound pretreatment for enhanced anaerobic digestion of Sida hermaphrodita / M. Kisielewska, P. Rusanowska, M. Dudek, et al. // Bioenergy Research. 2020. Vol. 13. No. 3. P. 824–832. doi: 10.1007/s12155-020-10108-9.

10. Valorization of brewers’ spent grains: Pretreatments and fermentation, a review / S. Mitri, S.-J. Salameh, A. Khelfa, et al. // Fermentation. 2022. Vol. 8. No. 2. Article 50. URL: https://www.mdpi.com/2311-5637/8/2/50 (дата обращения: 15. 03. 2023). doi: 10.3390/fermentation8020050.

11. Смятская Ю. А., Попов В. С. Использование растительных отходов для изготовления биосорбентов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. 2020. № 2. С. 88–101. doi: 10.15593/2224-9400/2020.2.07.

12. Кобелев К. В., Гернет М. В., Грибкова И. Н. Разработка инновационного способа получения биологически активных соединений пивной дробины // Техника и технология пищевых производств. 2021. Т. 51. № 1. С. 113–124. doi: 10.21603/2074-9414-2021-1-113-124.

13. Danylkovych A. G., Lishchuk V. I., Romaniuk O. O. Use of electrochemically activated aqueous solutions in the manufacture of fur materials // SpringerPlus. 2016. Vol. 5. Article 214. URL: https://springerplus.springeropen.com/articles/10.1186/s40064-016-1784-6 (дата обращения: 15. 03. 2023). doi: 10.1186/s40064-016-1784-6.

14. Electrochemical degradation of lignin by ROS / H. Jiang, A. Xue, Z. Wang, et al. // Sustainable Chemistry. 2020. Vol. 1. No. 3. P. 345–360. doi: 10.3390/suschem1030023.

15. Verni M., Verardo V., Rizzello C. How fermentation affects the antioxidant properties of cereals and legumes // Foods. 2019. Vol. 8. No. 9. Article 362. URL: https://www.mdpi.com/2304-8158/8/9/362 (дата обращения: 15.03.2023). doi: 10.3390/foods8090362.

16. Protease-induced solubilisation of carbohydrates from brewers’ spent grain / C. B. Faulds, S. Collins, J. A. Robertson, et al. // Journal of Cereal Science. 2009. Vol. 50. No. 3. P. 332–336. doi: 10.1016/ j.jcs.2009.01.004.

17. Celus I., Brijs K., Delcour J. A. Enzymatic hydrolysis of brewers’ spent grain proteins and technofunctional properties of the resulting hydrolysates // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2007. Vol. 55. No. 2. P. 8703–8710. doi: 10.1021/jf071793c.

18. Microwave superheated water and dilute alkali extraction of brewers’ spent grain arabinoxylans and arabinoxylo-oligosac-charides / E. Coelho, M. A. M. Rocha, J. A. Saraiva, et al. // Carbohydrate Polymers. 2014. Vol. 99. P. 415–422. doi: 10.1016/j.carbpol.2013.09.003.

19. The properties and formation mechanism of oat beta-glucan mixed gels with different molecular weight composition induced by high-pressure processing / R. Fan, P. Ma, D. Zhou, et al. // PLOS ONE. 2019. Vol. 14. Article e0225208. URL: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0225208 (дата обращения: 15. 03. 2023). doi: 10.1371/journal.pone.0225208.

20. Understanding the stabilizing effect of histidine on mAb aggregation: A molecular dynamics study / S. Saurabh, C. Kalonia, Z. Li, et al. // Mol. Pharmaceutics. 2022. Vol. 19. No. 9. P. 3288–3303. doi: 10.1021/acs.molpharmaceut.2c00453.