Аннотация

Введение. Пивная дробина является отходом пивоваренного производства и содержит в себе ценные биологически активные вещества, извлечение которых затруднено по причине присутствия различных полимеров, осложняющих экстракцию. Исследование направлено на решение проблемы использования отходов производства, накапливающихся в больших количествах и требующих материальных затрат на переработку или утилизацию. Целью работы является разработка технологических подходов глубокой переработки пивной дробины как источника вторичных сырьевых ресурсов (ВСР) для получения экстрактов, обогащенных полифенольными соединениями. Объекты и методы исследования. Солодовая пивная дробина, подвергнутая обработке с помощью ЭХА-активированной воды (католитом с рН 9,6 ± 0,1), с последующим ферментативным гидролизом целлюлолитическими ферментными препаратами и экстракцией полярным растворителем образовавшихся свободных полифенольных веществ. В работе применялись общепринятые методы оценки содержания различных биологически активных веществ. Результаты и их обсуждение. Исследование органических экстрагентов для извлечения из дробины полифенольных соединений различных групп показало перспективность применения 70 % водно-этанольного раствора при соотношении дробина:экстрагент 2:1, температуре процесса 50 ± 2 °С и длительности 60 ± 5 мин. Применение 70 % об. дистиллята пива при прочих условиях позволило извлечь из матрицы дробины фенольные кислоты, флавоноид рутин, незаменимые и заменимые аминокислоты, некрахмальный полисахарид β-глюкан. Обработка дробины 1М раствором NaOH позволила получить вязкие гидролизаты, обогащенные флавоноидами рутин и кверцетин, в отличие от кислотного гидролиза. Комбинированное применение ЭХА-обработанной воды (католита с рН 9,6 ± 0,1) в течение 24 ± 0,05 ч, совмещенное с биокатализом ферментным препаратом Вискофло MG в течение 2 ± 0,05 ч, позволило получить обогащенные экстракты пивной дробины с повышенным содержанием фенольных кислот и альдегидов, а также флавоноида рутин. Выводы. Проведенные исследования позволили сделать заключение о механизме гидролитического распада некрахмальных полисахаридов пивной дробины с учетом содержащихся соединений в экстрактах. Полученные обогащенные различными фенольными соединениями гидролизаты дробины можно использовать в различных пищевых технологиях (например, в технологии ферментированных напитков).

Ключевые слова

Пиво, зерно, ЭХА-вода, биокатализ, экстракция, фенольные соединения

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Bioprocessing of brewers’ spent grain enhances its antioxidant activity: Characterization of phenolic compounds and bioactive peptides / M. Verni, E. Pontonio, A. Krona [et al.] // Frontiers in Microbiology. – 2020. – Vol. 11. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.01831.
2. Technological properties and consumer acceptability of bakery products enriched with brewers’ spent grains / T. Amoriello, F. Mellara, V. Galli [et al.] // Foods. – 2020. – Vol. 9, № 10. https://doi.org/10.3390/foods9101492.
3. Brewer’s spent grains – valuable beer industry by-product / M. Jackowski, L. Niedzwiecki, K. Jagiello [et al.] // Biomolecules. – 2020. – Vol. 10, № 12. https://doi.org/10.3390/biom10121669.
4. Composition and nutrient value proposition of brewers spent grain / S. Ikram, L. Huang, H. Zhang [et al.] // Journal of Food Science. – 2017. – Vol. 82, № 10. – P. 2232–2242. https://doi.org/10.1111/1750-3841.13794.
5. Lynch, K. M. Brewers’ spent grain: a review with an emphasis on food and health / K. M. Lynch, E. J. Steffen, E. K. Arendt // Journal of the Institute of Brewing. – 2016. – Vol. 122, № 4. – P. 553–568. https://doi.org/10.1002/jib.363.
6. The role of microorganisms on biotransformation of brewers’ spent grain / A. Bianco, M. Budroni, S. Zara [et al.] // Applied Microbiology and Biotechnology. – 2020. – Vol. 104, № 20. – P. 8661–8678. https://doi.org/10.1007/s00253-020-10843-1.
7. Chetrariu, A. Brewer’s spent grains: Possibilities of valorization, a review / A. Chetrariu, A. Dabija // Applied Sciences. – 2020. – Vol. 10, № 16. https://doi.org/10.3390/app10165619.
8. Enzymatic hydrolysis of brewer’s spent grain to obtain fermentable sugars / A. Paz, D. Outeiriño, N. P. Guerra [et al.] // Bioresource Technology. – 2019. – Vol. 275. – P. 402–409. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.12.082.
9. Process simulation for xylitol production from brewer’s spent grain in a Colombian biorefinery. Part 1: Xylose production from arabinoxilans extracted by the alkaline pretreatment of BSG / A. A. Gil-Montenegro, J. S. Arocha-Morales, L. C. Rojas-Pérez [et al.] // Ingeniería e Investigación. – 2019. – Vol. 39, № 1. – P. 15–23. https://doi.org/10.15446/ing.investig.v39n1.70080.
10. Сравнительный анализ способов гидролиза пивной дробины / В. Я. Пономарев, Э. Ш. Юнусов, Р. Р. Ахметшин [и др.] // Вестник технологического университета. – 2016. – Т. 19, № 23. – С. 136–138.
11. Bonifacio-Lopesa, T. Current extraction techniques towards bioactive compounds from brewer’s spent grain – A review / T. Bonifacio-Lopesa, J. A. Teixeira, M. Pintado // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. – 2020. – Vol. 60, № 16. – P. 2730–2741. https://doi.org/10.1080/10408398.2019.1655632.
12. Characterisation of the in vitro bioactive properties of alkaline and enzyme extracted brewers’ spent grain protein hydrolysates / A. Connolly, M. Cermeño, D. Crowley [et al.] // Food Research International. – 2019. – Vol. 121. – P. 524–532. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2018.12.008.
13. Mini-review on brewer’s spent grain protein: Isolation, physicochemical properties, application of protein, and functional properties of hydrolysates / C. Wen, J. Zhang, Y. Duan [et al.] // Journal of Food Science. – 2019. – Vol. 84, № 12. – P. 3330–3340. https://doi.org/10.1111/1750-3841.14906.
14. Improved efficiency of brewer’s spent grain arabinoxylans by ultrasound-assisted extraction / S. F. Reis, E. Coelho, M. A. Coimbra [et al.] // Ultrasonics Sonochemistry. – 2015. – Vol. 24. – P. 155–164. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2014.10.010.
15. Determination of total phenolic content using the Folin-C assay: Single-laboratory validation, first action 2017.13 / S. Kupina, C. Fields, M. C. Roman [et al.] // Journal of AOAC International. – 2018. – Vol. 101, № 5. – P. 1466–1472. https://doi.org/10.5740/jaoacint.18-0031.
16. Wannenmacher, J. Phenolic substances in beer: Structural diversity, reactive potential and relevance for brewing process and beer quality / J. Wannenmacher, M. Gastl, T. Becker // Comprehensive Reviews in Food Science and Food Technology. – 2018. – Vol. 17, № 4. – P. 953–988. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12352.
17. Грибкова, И. Н. Влияние некрахмальных полисахаридов ячменного пивоваренного солода на качество и безопасность пива / И. Н. Грибкова, И. В. Лазарева, Ю. А. Докучаева // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. – 2019. – Т. 8, № 1 (45). – С. 103–107.
18. Lim, H.-H. Determination of volatile organic compounds including alcohols in refill fluids and cartridges of electronic cigarettes by headspace solid-phase micro extraction and gas chromatography-mass spectrometry / H.-H. Lim, H.-S. Shin // Analytical and Bioanalytical Chemistry. – 2016. – Vol. 409, № 5. – P. 1247–1256. https://doi.org/10.1007/s00216-016-0049-0.
19. Prasad, K. HPLC analysis of amino acid and antioxidant composition of three medicinal plants of (Pithoragarh) Uttarakhand Himalayas / K. Prasad // Journal of Analytical and Pharmaceutical Research. – 2017. – Vol. 6, № 5. – P. 186–193. https://doi.org/10.15406/japlr.2017.06.00186.
20. Comparison of common analytical methods for the quantification of total polyphenols and flavanols in fruit juices and ciders / S. Ma, C. Kim, A. P. Neilson [et al.] // Journal of Food Science. – 2019. – Vol. 84, № 8. – P. 2147–2158. https://doi.org/10.1111/1750-3841.14713.
21. Ломако, Е. В. Применение поверхностно-активных веществ в анализе лекарственного растительного сырья, содержащего флаваноиды / Е. В. Ломако, Н. А. Кузмичева // Вестник фармации. – 2014. – Т. 65, № 3. – С. 42–49.
22. Solubility and modeling of hesperidin in cosolvent mixtures of ethanol, isopropanol, propylene glycol, and n-propanol + water / R. Xu, Y. Cong, M. Zheng [et al.] // Journal of Chemical and Engineering Data. – 2018. – Vol. 63, № 3. – P. 764–770. https://doi.org/10.1021/acs.jced.7b00948.
23. Release and in vitro skin permeation of polyphenols from cosmetic emulsions / O. V. Zillich, U. Schweiggert-Weisz, K. Hasenkopf [et al.] // International Journal of Cosmetic Science. – 2013. – Vol. 35, № 5. – P. 491–501. https://doi.org/10.1111/ics.12072.
24. Химический состав, антиоксидантная активность, стандартизация и кинетика получения водно-пропиленгликолевых экстрактов лекарственных растений / В. А. Волков, М. В. Воронков, В. М. Мисин [и др.] // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2020. – Т. 86, № 8. – С. 12–22. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2020-86-8-12-22.
25. Mazur, K. Hydrogen bond dynamics in primary alcohols: A femtosecond infrared study / K. Mazur, M. Bonn, J. Hunger // Journal of Physical Chemistry B. – 2015. – Vol. 119, № 4. – P. 1558–1566. https://doi.org/10.1021/jp509816q.
26. Isolation and structural characterization of the milled wood lignin, dioxane lignin, and cellulolytic lignin preparations from brewer’s spent grain / J. Rencoret, P. Prinsen, A. Gutiérrez [et al.] // Journal of Agricultural and Food Chemistry. – 2015. – Vol. 63, № 2. – P. 603–613. https://doi.org/10.1021/jf505808c.
27. Structure of brewer’s grain lignin and its interactions with gut microbiota in vitro / T. Ohra-aho, P. Niemi, A.-M. Aura [et al.] // Journal of Agricultural and Food Chemistry. – 2016. – Vol. 64, № 4. – P. 812–820. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5b05535.
28. Danylkovych, A. G. Use of electrochemically activated aqueous solutions in the manufacture of fur materials / A. G. Danylkovych, V. I. Lishchuk, O. O. Romaniuk // SpringerPlus. – 2016. – Vol. 5, № 1. https://doi.org/10.1186/s40064-016-1784-6.
29. Electrochemical degradation of lignin by ROS / H. Jiang, A. Xue, Z. Wang [et al.] // Sustainable Chemistry. – 2020. – Vol. 1, № 3. – P. 345–360. https://doi.org/10.3390/suschem1030023.
30. Antioxidant and antimicrobial films based on brewers spent grain arabinoxylans, nanocellulose and feruloylated compounds for active packaging / C. Moreirinha, C. Vilela, N. H. C. S. Silva [et al.] // Food Hidrocolloids. – 2020. – Vol. 108. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2020.105836.
31. Ou, J. Feruloylated oligosaccharides: Structure, metabolism and function / J. Ou, Z. Sun / Journal of Functional Foods. – 2014. – Vol. 7, № 1. – P. 90–100. https://doi.org/10.1016/j.jff.2013.09.028.
32. Ferulate and lignin cross-links increase in cell walls of wheat grain outer layers during late development / A.-L. Chateigner-Boutin, C. Lapierre, C. Alvarado [et al.] // Plant Science. – 2018. – Vol. 276. – P. 199–207. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2018.08.022.
33. Lignin synthesis and accumulation in barley cultivars differing in their resistance to lodging / L. Begovića, I. Abičićb, A. Lalić [et al.] // Plant Physiology and Biochemistry. – 2018. – Vol. 133. – P. 132–138. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2018.10.036.