The micronutrient value of byproducts of malting barley

• Zubtsov Yu.N.
• Eremina O.Yu.
• Seregina N.V.

Abstract

Currently, one of the measures to address the issue of enrichment of macro and micro-nutrients of food is the attraction and use of by-products of food processing industries. By-products of malt production - malt sprouts and malt bran are promising raw material for the production of enriched and functional foods due to their high nutritional value. The article presents the results of studies of vitamin and mineral composition of malt sprouts and malt bran. The malt sprouts had high content of vitamins (mg%): thiamine -0.52±0.15, riboflavin - 0.34±0.06, pyridoxine - 0.61±0.12, niacin - 5.55±0.16 and vitamin E - 3.62 ± 0.90; minerals and trace elements (mg%): potassium - 1364±17, phos­phorus - 606±10, calcium - 339±8, magnesium - 194±3, iron - 11.2 ± 0.3, manganese -1.65±0.02, copper - 0.18±0.01 and molybdenum - 0.106±0.010. 100 g of malt bran contained 0.43±0.05 mg% of thiamine, 0.21±0.05 mg% of riboflavin, 0.54±0.12 mg% of pyridoxine, 4.91±0.21 mg% of niacin and 3.05±0.37 mg% of vitamin E. Among the minerals potassium (1789±13 mg%), phosphorus (1020±14 mg%), calcium (527±10 mg%) and magnesium (295±1 mg%) prevailed, among trace elements iron (13.7±1.2 mg%), manganese (1.32±0.02 mg%), molybdenum (0.043±0.003 mg%) pre­vailed. A study of the antioxidant properties of the by-products of malt production has shown that antioxidant activity of malt and malt bran in the hydrophilic fraction was 44.50±2.64 and 37.91 ± 1.89 TEQ/g dry matter, respectively; in the lipophilic fraction -1.30±0.15 and 1.20±0.09 TEQ/g dry matter, respectively. Identified phenolics determin­ing antioxidant activity of hydrophilic fraction were rutin, chlorogenic and ellagic acids. Qualitative and quantitative study of the content of tocopherols and tocotrienols found the presence of alpha-, beta- and gamma-vitamers in the composition of malt and malt bran. The data obtained on the content of vitamins and minerals in malt sprouts and malt bran allow positioning them as functional ingredients. The presented experimental data array may be used when designing functional foods with the addition of malt sprouts and malt bran.

Keywords:malt sprouts, malt bran, vitamins, minerals, antioxidant activity, functional ingredients

В Стратегии развития пищевой и перерабатывающей промышленности Российской Федерации на период до 2020 года от 17.04.2012 отмечается, что "в настоящее время значительная часть вторичных ресурсов, обра­зуемых в результате промышленной переработки сель­скохозяйственного сырья, используется неэффективно, нередко идет в отвалы или выливается в водоемы...". В связи с этим переход к ресурсосберегающим техноло­гиям, обеспечивающим использование отходов основ­ного производства в качестве вторичного сырья, явля­ется необходимой мерой, способствующей решению насущных проблем пищевой промышленности.

Несбалансированность пищевого рациона современ­ного человека может быть компенсирована за счет введения в традиционные пищевые продукты природ­ных источников витаминов, микро- и макроэлементов. К одному из таких источников относятся побочные про­дукты солодового производства - солодовые ростки и солодовые полировочные отходы, представляющие по своей сути солодовые отруби. Вместе с тем для по­зиционирования побочных продуктов солодового про­изводства в качестве функциональных ингредиентов необходимо иметь комплексные сведения об их безопас­ности, химическом составе и пищевой ценности. В связи с этим исследования в данном направлении являются актуальными.

Цель настоящей работы - исследование витаминного и минерального состава и определение антиоксидантной активности побочных продуктов солодового произ­водства.

Материал и методы

В качестве объектов исследований использовали побочные продукты солодового производства: соло­довые ростки и солодовые отруби, предоставленные ООО "Орловский завод по производству солода". Солодовые ростки образуются при проращивании зерна ячменя на солод, после чего отделяются на росткоотбойных машинах и высушиваются до массовой доли влаги 15%. Солодовые отруби образуются при полировании ячменного солода и состоят из частиц оболочек и эн­досперма зерна ячменя. Влажность солодовых отрубей 12%. Исследованы 12 партий солодовых ростков и соло­довых отрубей, полученных в процессе проращивания зерна ячменя сорта Аннабель на солод.

Содержание витаминов группы В определяли по ГОСТ 32042-2012 и ГОСТ EN 14663-2014 методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) на приборе "Милихром-5-УФЭ" ("Гранат", Россия), снаб­женном компьютерной системой обработки данных "Мультихром". Подготовку проб для определения ви­таминов В₁ (тиамина) и В₂ (рибофлавина) проводили согласно п. 7.4.1 ГОСТ 32042-2012, для определения витамина В₅ (никотиновой кислоты) согласно п. 10.2.3.1 ГОСТ 32042-2012.

Витамин В₆ определяли методом ВЭЖХ как сумму пиридоксина, пиридоксаля, пиридоксамина, включая их фосфорилированные производные, а также бетагликозилированные формы в пересчете на пиридоксин. Подготовку проб осуществляли согласно п. 6.2.1.2 ГОСТ EN 14663-2014. Колонка хроматографическая была заполнена сорбентом Duacorb С16Т (5 мкм); в качестве элюента использовали смесь ацетонитрил -0,03 М КН₂РО₄ - 0,02 М С₂Н₅NН₂ в соотношении 9:91:0,5 (по объему), длина волны спектрофотометрического детектора составляла 254 нм.

Количественный и качественный состав фракций ви­тамина Е определяли по ГОСТ Р 54634-2011 методом ВЭЖХ на приборе "Милихром-5-УФЭ" ("Гранат", Рос­сия), снабженном компьютерной системой обработки данных "Мультихром". Пробоподготовку проводили со­гласно п. 8.2.4 ГОСТ Р 54634-2011. Колонка хроматографическая была заполнена сорбентом октадецилсиликагель (5 мкм), в качестве элюента использовали смесь ацетонитрил-метиловый спирт-метилен хлористый в соотношении 50:45:5 (по объему), длина волны спектрофотометрического детектора 292 нм.

Фенольные соединения определяли методом ВЭЖХ на приборе "Милихром-5-УФЭ" ("Гранат", Россия) с использованием колонки хроматографической с сор­бентом Duacorb С16Т (5 мкм), в качестве элюента - вод­ный раствор, содержащий ацетонитрил (8%), уксусную кислоту (2%), триэтиламин (0,2%); диапазон детектиро­вания - 190-390 нм. Подготовку образца осуществляли следующим образом: 2 г сырья помещали в коническую колбу вместимостью 250 см³ с обратным холодильником, заливали 250 см³ горячей воды, нагревали на кипящей водяной бане в течение 30 мин, затем раствор охлаждали до комнатной температуры без доступа света, после чего фильтровали через мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 мкм в мерную колбу вместимостью 250 см³ и доводили раствор до метки дистиллированной водой.

Содержание минеральных элементов определяли по ГОСТ Р 51637 методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии в воздушно-ацетиленовом пламени на при­боре Hitachi 180-80 ("Hitachi", Япония), с дейтериевым корректором фона. Для калибровки прибора использо­вали стандартные растворы элементов ("Merk", Герма­ния). Навески образцов подвергали сухому озолению в муфельной печи при 450 °С с последующим растворе­нием золы в 10% смеси соляной и азотной кислот.

Антиоксидантную активность определяли методом, разработанным Roberta Re [2], который предусматривает определение антиоксидантной активности гидрофиль­ных и липофильных фракций исследуемых объектов с использованием катион-радикала ABTS (2,2'-азино-бис(3-этилбензотиазолин-6-сульфонат). Подготовка проб для определения антиоксидантной активности осуществлялась путем добавления к навеске образца объемом 50 см³, 30 см³ смеси гексан-хлороформ (2:1 по объему) с последующим перемешиванием на вортексе V-3 ("Elmi", Латвия) в течение 1 мин, а затем на ротамиксе RM-1M ("Elmi", Латвия) со скоростью 90 об/мин в течение 1 ч. Далее смесь центрифуги­ровали при +4 °С в течение 30 мин на центрифуге Eppendorf 5702 ("Eppendorf", Германия). Надосадочную жидкость отделяли, а к осадку приливали еще 30 см³ смеси гексан-хлороформ (в соотношении 2:1 по объ­ему). Далее проводили повторный цикл экстракции. Надосадочные жидкости, полученные после первой и второй экстракции, объединяли и упаривали досуха на роторном испарителе Hei-Vap Advantage HB/G3B ("Heidolph", Германия) при температуре водяной бани 35 °С. Полученный маслянистый остаток растворяли в 1 см³ гексана и использовали для анализа антиоксидантной активности липофильной фракции. Осадок, полученный после экстракции жирорастворимых антиоксидантов, подсушивали в потоке аргона для удаления органических растворителей. К высушенному осадку добавляли 25 см³ смеси ацетон-вода-уксусная кислота (в соотношении 70:29,5:0,5 по объему). Полученную смесь тщательно перемешивали и проводили дважды экстракцию, также как и при получении липофильной фракции. Надосадочные жидкости, полученные после первой и второй экстракции, объединяли и дово­дили до 50 см³ смесью ацетон-вода-уксусная кислота (в соотношении 70:29,5:0,5 по объему). Полученный раствор использовали для анализа антиоксидантной активности гидрофильной фракции. Антиоксидантную активность гидрофильной и липофильной фракции ис­следуемых образцов выражали в эквивалентах тролокса (мкмоль ТЭ) в расчете на 1 г сухой массы.

Результаты и обсуждение

Исследование витаминного состава побочных продук­тов солодового производства выявило существенное со­держание витаминов группы В и токоферолов (табл. 1).

Анализ полученных данных показал, что содержание витаминов группы В и токоферолов в 100 г исследуемых образцов удовлетворяет суточную потребность организма более чем на 15%, что подтверждает функцио­нальные свойства побочных продуктов солодового про­изводства [2]. При этом, как и ожидалось, содержание витаминов в солодовых ростках несколько выше, чем солодовых отрубях.

Стоит отметить, что содержание витаминов группы В в солодовых ростках и солодовых отрубях несколько ниже, чем в зародышах пшеницы и пшеничных отрубях [3-5]. Однако при этом в солодовых ростках и солодовых отрубях присутствует значительное количество токофе­ролов, в отличие от зародышей и отрубей пшеницы, в которых обнаружены лишь следы витамина Е.

Результаты исследований минерального состава по­бочных продуктов солодового производства представ­лены в табл. 2.

Результаты исследований показали высокое содер­жание минеральных элементов в побочных продуктах солодового производства. При этом было выявлено, что наиболее богаты минеральными элементами солодовые отруби, что объясняется локализацией минеральных веществ в покровных тканях зерна. Отмечается, что солодовые ростки и солодовые отруби значительно богаче других зерновых продуктов по содержанию ряда макро- и микроэлементов. Так, содержание калия в по­бочных продуктах солодового производства в среднем на 34% выше содержания этого элемента в зародышах и отрубях пшеницы; содержание кальция и железа -в среднем выше на 85 и 35% соответственно по сравне­нию с содержанием в побочных продуктах переработки пшеницы и ржи [6, 7].

Совокупность полученных данных позволяет позицио­нировать побочные продукты солодового производства как функциональные пищевые ингредиенты, введение которых в рацион питания позволит снизить дефицит микронутриентов.

На следующем этапе были исследованы антиоксидантные свойства солодовых ростков и солодовых отрубей. Результаты исследований антиоксидантной активности побочных продуктов солодового производства пред­ставлены в табл. 3.

Сравнение с данными изучения антиоксидантной активности растительного сырья и готовых пищевых продуктов, опубликованными коллективом ученых под руководством И.Г. Белявской [8-10], показало, что по­лученные нами значения свидетельствуют о высокой антиоксидантной активности солодовых ростков и соло­довых отрубей.

Известно, что антиоксидантная активность гидро­фильной фракции растительных продуктов в значитель­ной степени обусловлена наличием полифенольных со­единений, из которых преобладает группа флавоноидов [11, 12]. Для определения качественного и количествен­ного состава фенольных соединений, обусловливающих антиоксидантную активность гидрофильной фракции, был проведен хроматографический анализ фенольных соединений (табл. 4).

Были идентифицированы рутин, эллаговая и хлорогеновая кислоты. По-видимому, антиоксидантная актив­ность гидрофильной части солодовых ростков и солодо­вых отрубей в большей степени обусловлена наличием этих фенольных соединений.

Как известно, антиоксидантная активность липофильной фракции обусловлена жирорастворимыми вещест­вами, входящими в состав образцов, прежде всего, то­коферолами и токотриенолами, которые состоят из 4 витамеров (α, β, γ и δ), имеющих разную антиоксидантную активность. При этом антиокислительная активность токотриенолов в десятки раз выше, чем токоферолов. В свою очередь, немаловажную роль играет качествен­ный состав токоферолов. Так, α- и β-токоферол обла­дают слабым антиоксидантным действием, γ-токоферол в большом количестве может даже провоцировать окис­лительный эффект, самым сильным антиоксидантным действием обладает δ-токоферол [13]. Результаты иден­тификации токоферолов и токотриенолов липофильной фракции побочных продуктов солодового производства представлены в табл. 5.

Проведенные исследования выявили наличие актив­ных форм токоферолов и токотриенолов в солодовых ростках и солодовых отрубях, что и обусловливает их антиоксидантную активность. Изучение влияния соло­довых ростков и солодовых отрубей на сохраняемость обогащенных ими пищевых продуктов выявило увели­чение сроков их годности [14].

Таким образом, полученные данные по содержанию ви­таминов и минеральных элементов в солодовых ростках и в солодовых отрубях позволяют позиционировать их как функциональные ингредиенты. Представленный мас­сив экспериментальных данных может быть использован при проектировании функциональных и обогащенных микронутриентами пищевых продуктов с добавлением солодовых ростков и солодовых отрубей.

Литература

1. Пат. РФ 2249366 "Способ приготовления хлебобулочного изде­лия" / Л.П. Пащенко, Г.Г. Странадко, И.А. Никитин, Е.В. Бородина; патентообладатель Пащенко Л.П., Странадко Г.Г., Никитин И.А., Бородина Е.В.; заявл.11.06.2004; опубл. 10.04.2005.

2. ГОСТ Р 55577-2013 "Продукты пищевые функциональные. Информация об отличительных признаках и эффективности.

3. Re R., Pellegrini N., Proteggente A., Pannala A., Yang M., Rice-Evans C. Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation decolorization assay // Free Radic. Biol. Med. 1999. Vol. 26. Р. 1231-1237.

4. МР 2.3.1.2432-08 "Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации" [Электронный ресурс]. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200076084.

5. Бережная О.В., Дубцов Г.Г., Войно Л.И. Проростки пшеницы -ингредиент для продуктов питания // Пищ. пром-сть. 2015. № 5. С. 26-29.

6. Рявкина Т.О., Назимова Г.И., Шарфунова И.Б. Сравнительная характеристика функциональных свойств отрубей злаковых культур // Кузбасс: образование, наука, инновации : материалы Инновационного конвента. Департамент молодежной политики и спорта Кемеровской области; Кузбасский технопарк; Совет молодых ученых Кузбасса. Кемерово, 2015. С. 120-122.

7. Тутельян В.А. Химический состав и калорийность российских продуктов питания : справочник. М. : ДеЛи плюс, 2012. 284 с.

8. Белявская И.Г., Богатырева Т.Г., Пыльнева А.В., Асадчих Е.Н. др. Антиоксидантная емкость хлебобулочных изделий со спирулиной // Хлебопродукты. 2014. № 8. С. 48-42.

9. Белявская И.Г. и др. Определение антиоксидантной емкости хлебобулочных изделий с продуктами переработки морских водорослей // Хлебопродукты. 2012. № 10. С. 60-62.

10. Белявская И.Г. и др. Определение антиоксидантной емкости хле­бобулочных изделий с рисовой мукой // Хлебопродукты. 2013. №1 1. С. 51-53.

11. Krasovska A., Rosiak D., Czkapiak K., Lukaszewicz M. Chemiluminescence detection of peroxyl radicals and comparison of antioxydant activity of phenolic compounds // Curr. Top. Biophys. 2000. Vol. 24. P. 89-95.

12. Yang B., Kotani A., Arai K., Kusu F. Estimation of the antioxidant activities of flavonoids from their oxidation potentials // Anal. Sci. (Japan). 2001. Vol. 17. P. 599-604.

13. Cerecetto H., Lоpez G.V. Antioxidants derived from vitamin E: an overview // Mini Rev. Medicinal Chem. 2007. Vol. 7, N 3. P. 315-338.

14. Серегина Н.В. Исследование и оценка товароведных и техноло­гических свойств вторичных продуктов переработки ячменя : автореф. дис. ... канд. техн. наук. Орел, 2015. 22 с.

All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)

© GEOTAR-Media Publishing Group. The use of textual and illustrative content from this publication for the training of any artificial intelligence systems - including machine learning models and neural networks - is strictly prohibited without the prior written consent of the copyright holder.