Исследование влияние предварительной обработки жома сахарной свёклы (Beta vulgaris L.) на молекулярную структуру лигнина

Введение. Лигнин – сложное полифенольное соединение сетчатого строения, входит в состав матрикса клеточной стенки высших растений и придаёт ей механическую жесткость и микробиологическую резистентность. 
Цель: Изучить особенности химической связи лигнина сахарной свёклы (Beta vulgaris L.) с матриксом клеточной стенки. Существующие исследования молекулярных особенностей лигнина затрагивают в основном лигнин древесины различных пород и в редких случаях лигнин вторичного сырья, что делает актуальными исследования в этой области для разных видов растительного сырья. 
Материалы и методы. Объект исследований представлен жомом сахарной свёклы. В методику исследования входило получение препарата гидролизного лигнина и его спектров в инфракрасной области. 
Результаты и их обсуждение. В ходе работы было установлено, что при исключении этапа экстракции гемицеллюлозы в процессе подготовки сырья для производства лигнина качество полученных образцов не меняется. Результаты ИК-спектроскопии показали, что полученные образцы содержат пектин в сочетании с лигнином. Взаимодействие пектина и лигнина происходит с помощью остатков феруловой кислоты посредством сложноэфирных связей. 
Выводы. В результате проведённых исследований было установлено, что способ извлечения лигнина из растительного сырья не влияет на качество полученного препарата. В составе матрикса клеточных стенок сахарной свёклы имеет место прочное соединение лигнина  и некоторой части пектина посредством мостиков из остатков феруловой кислоты. Это потенциально может способствовать частичному проявлению препарата лигнина, выделенным из жома сахарной свёклы, дополнительных физико-химических свойств.

1. Sarkanen, K.V., & Ludwig, C.H. (eds) (1971). Lignins: Occurrence, formation, structure and reactions. Wiley-Interscience, New York. 916 pp.

2. Adler, E., & Marton, J. (1959). Carbonyl groups in lignin. I. Acta Chem Scand, 13(2):75-96. https://doi.org/10.3891/acta.chem.scand.13-0075

3. Chang, H., Cowling, E.B., & Brown, W. (1975). Comparative Studies on Cellulolytic Enzyme Lignin and Milled Wood Lignin of Sweetgum and Spruce. Mitteilungen zur Chemie, Physik, Biologie und Technologie des Holzes, 29(5):153-159. https://doi.org/10.1515/hfsg.1975.29.5.153

4. Шорыгина, Н.Н., Резников, В.М., & Елкин, В.В. (1976). Реакционная способность лигнина. Москва, Наука. 368 с.

5. Тарабанько, В.Е., Кудрашев, А.В., Первышина, Е.П., Кузнецов, Б.Н., & Коропачинская, Н.В. (1998). Новые процессы разделения ванилина и сиреневого альдегида. Химия растительного сырья, 3:93-97.

6. Грушников, О.П., & Елкин, В.В. (1973). Достижения и проблемы химии лигнина. Москва, Наука. 296 с.

7. Карпунин, И.И., Кузьмич, В.В., & Козлов, Н.Г. (2013). О природе связи лигноуглеводного комплекса еловой древесины. Весцi Нацыянальнай акадэмii навук Беларусi. Серыя хiмiчных навук, 1:115-120.

8. Дудкин, М.С., Громов, В.С., Ведерников, Н.А., Каткевич, Р.Г., & Черно, Н.К. (1991) Гемицеллюлозы. Рига, Зинатне. 488 с.

9. Chua, M.G.S., Chen, Ch.-L., Chang, H.-M. & Kirk, T.K. (1982). 13C NMR Spectroscopic Study of Spruce Lignin Degraded Phanerochaete Chrysosporium. Holzforschung, 36(4):165-172. https://doi.org/10.1515/hfsg.1982.36.4.165

10. Fengel, D., & Wegener, G. (ed.). (2011). Wood: chemistry, ultrastructure, reactions. Berlin, New York, Walter de Gruyter. 2011. 157 p. https://doi.org/10.1515/9783110839654

11. Eriksson, Ö., Goring, D.A.I. & Lindgren, B.O. (1980). Structural studies on the chemical bonds between lignins and carbohydrates in spruce wood. Wood Sci. Technol., 14:267-279. https://doi.org/10.1007/BF00383454

12. Gellerstedt G., & Pettersson E.-L. (1975). Light-induced oxidation of lignin. The behaviour of structural units containing a ring-conjugated double bond // Acta Chem Scand B, 29:1005-1010. https://doi.org/10.3891/acta.chem.scand.29b-1005

13. Fergus, B.J., Procter, A.R., Scott, J.A.N. et al. (1969). The distribution of lignin in sprucewood as determined by ultraviolet microscopy. Wood Sci. Technol., 3:117-138. https://doi.org/10.1007/BF00639636

14. Hatakeyama, H, & Kubota, K (1972) Thermal analysis of lignin by differential scanning calorimetry. Cellulose Chem Technol, 6(5):521-529.

15. Koshijima, T., Watanabe, T., & Yaku, F. Structure and properties of the lignin-carbohydrate complex polymer as an amphipathic substance. In: Glasser, W.G., & Sarkanen, S. (eds) (1989) Lignin: properties and material. ACS Symp Ser, 397:11-28. https://doi.org/10.1021/bk-1989-0397.ch002

16. Lai, Y.-Z., & Sarkanen, K.V. Isolation and structural studies. In: Sarkanen K.V., & Ludwig C.H. (eds) (1971). Lignins. Occurrence, formation, structure and reactions. Wiley-Interscience, New York. pp. 165-189.

17. Lin, S.Y., & Detroit, W. (1981). Chemical heterogeneity of technical lignins: Its significance in lignin utilization. In: Proceedings of the 1st International Symposium on Wood and Pulping Chemistry. Stockholm, Sweden. pp. 44-52.

18. Oganesyants, L.A., Panasyuk, A.L., & Kuzmina, E.I. (2019). Rational use of the secondary resources of the vineyard and winebranding industry. Food systems, 2(2):20-26. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2019-2-2-20-26

19. Кондратенко В.В. и др. (2018). О декатионизации пектинсодержащего сырья на примере свекловичного жома. Научные труды СКФНЦСВВ, 21:42-48. https://www.kubansad.ru/media/uploads/files/nauchnye_trudy_skzniisiv/tom_21/07.pdf

20. Царёва, М.А. (2017). Разработка научно обоснованных параметров декатионизации свекловичного жома перед ступенчатым ферментированием. В сборнике научных трудов XI Международной научно-практической конференции молодых учёных и специалистов отделения сельскохозяйственных наук Российской академии наук: Пищевые системы: теория, методология, практика. Москва, ВНИХИ – филиал "ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова" РАН. С. 354-354.

21. Кондратенко В.В. и др. (2016). Влияние режимов обработки на некоторые свойства полигликанов свекловичного жома. В Материалах VI Международной научно-практической конференции Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья: фундаментальные и прикладные аспекты. Краснодар, 2016. С. 42-46

22. Puchkova, T.S., Pikhalo, D.M., & Karasyova, O.M. (2019). About the universal technology of prcessing Jerusalem artichoke and chicory for inulin. Food systems, 2(2):36-43. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2019-2-2-36-43

23. Posokina, N.E., Alabina, N.M., & Davydova, A.Y. (2019). Development of functional beverages from plant raw materials. Food systems, 2(2):44-47. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2019-2-2-44-47

24. Krikunova, L.N., Obodeeva, O.N., Zakharov, M.A., & Danilyan, A.V. (2018). Development of technological parameters of the two-stage method of dried Jerusalem artichoke preparation for distillation. Food systems, 1(1):24-34. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2018-1-1-24-34

25. Оленников, Д.Н., & Танхаева, Л.М. (2006). Методика количественного определения группового состава углеводного комплекса растительных объектов. Химия растительного сырья, 4:29-33.

26. Сакович, Г.В., Ильясов, С.Г., Василишин, М.С., Будаева, В.В., & Егоров, В.Ю. (2008). Результаты комплексной переработки биомассы. Ползуновский вестник, 3:259-266.

27. El Mansouri, N.-E., Yuan, Q., & Huang, F. (2011). Characterization of alkaline lignins for use in phenol-formaldehyde and epoxy resins. BioResources, 6(3):2647-2662.

28. Rashid, T., Kait, Ch. F., & Murugesan, Th. (2016). A “Fourier Transformed Infrared” Compound Study of Lignin Recovered from a Formic Acid Process. Procedia Engineering, 148:1312-1319. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.06.547

29. Lin, S.Y., & Dence, C.W. (eds) (1992). Methods in Lignin Chemistry. Springer Berlin, Heidelberg. 578 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-74065-7

30. Tetsuo, K., & Takashi, W. (2003). Association Between Lignin and Carbohydrates in Wood and Other Plant Tissues. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg. 329 p. https://doi.org/10.1007/978-3-662-05191-7

31. Chylińska, M., Szymańska-Chargot, M., Kruk, B., & Zdunek, A., (2016). Study on dietary fibre by Fourier transform-infrared spectroscopy and chemometric methods. Food Chemistry, 196:114-122. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.foodchem.2015.09.029

32. Голубев, В.Н., & Шелухина Н.П. (1995). Пектин: химия, технология, применение. Москва, Изд. Акад. технолог. наук. 387 с.

33. Sajjadi, S.E., Shokoohinia, Y., & Moayedi, N.S. (2012). Isolation and Identification of Ferulic Acid From Aerial Parts of Kelussia odoratissima Mozaff. Jundishapur J Nat Pharm Prod., 7(4):159-62. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3941869