Исследование сорбционных свойств целлюлозно-лигнинного комплекса обработанной дробины

     Введение. Разработка малоотходных технологий в любой отрасли производства, в том числе пищевого, является актуальной задачей для исследователей. Исследование состава сырья позволяет разработать направления для его глубокой переработки направленного действия. Вторичным сырьевым ресурсом для пивоваренного производства на 80% является пивная дробина, состоящая из углеводного, белкового, липидного и фенольного комплекса соединений, выполняющих свои функции и связанных друг с другом сложными взаимодействиями. Лигноцеллюлозные структуры представляют собой ценность с точки зрения сорбционной способности при соответствующей переработке. Поэтому представляется возможным переработка структур дробины с целью создания свободных карбоксильных -СООН групп, спиртовых и фенольных гидроксилов -OH, силанольных групп -Si-OH, выступающих в роли активных центров на сорбционной поверхности нерастворимых соединений дробины. Сорбционные способности дробины могут быть исследованы на основе спиртовых хмелевых экстрактов, представляющих комплекс фенольных, эфирных соединений и горьких смол, представляющих интерес в технологии пивоварения.

Цель: исследование сорбционных свойств целюлозно-лигнинного комплекса обработанной дробины для оценки возможности создания носителя вкусо-ароматических компонентов на растительной основе.

Материалы и методы. В работе использовали 2 вида обработанной дробины разными физико-химическими способами. Сорбционную способность определяли по разнице в содержании соединений хмеля 2 видов (горького и ароматного) в спиртовых экстрактах. Оцениваемыми соединениями хмеля являлись горькие смолы (α-кислота), полифенольные соединения, определяемые по ГОСТ.

Результаты. Исследуемые образцы целюлозно-лигнинного комплекса дробины проявляли сорбционную способность в отношении горьких смол, фенольных соединений и эфирных масел с разной долей эффективности, что говорит о достижении поставленной цели исследования.

Выводы. Проведенные исследования свидетельствуют о том, что физические методы обработки дробины (избыточное атмосферное давление, ультразвук) в присутствии ЭХА-активированной воды способствуют возникновению свободных связей внутри целюлозно-лигнинного комплекса, которые и являются местами обратимого связывания соединений хмеля. В результате исследования сорбционно-десорбционных процессов двух образцов обработанной дробины установлено, что вне зависимости от способов переработки структуры дробины (избыточного давления или ультразвука), происходит сорбция полифенолов на 22,6-28,0% обработанной дробиной №1, и 13,6-21,4% обработанной дробиной №2; горькие α-кислоты сорбируются на 14,9-20,2% дробиной №1 и на 9,6-15,1% дробиной №2; эфирные масала сорбируются на 11,1-12,0% и 6,7-8,9% дробиной №1 и №2 соответственно от начального содержания в экстракте. Десорбция полифенольных соединений происходит на 2/3, а горьких и эфирных соединений – на ½ от количества сорбируемых не зависимо ни от типа хмеля, ни от вида дробины. Исследования относительно условия проведения процессов сорбции и десорбции будут продолжены.

1. Данильченко, А. С., Сиюхов, Х. Р., Короткова, Т. Г. & Сиюхова, Б. Б, (2020). Определение содержания свободной и связанной влаги в пивной дробине. Новые технологии, 1(15(4), 41-52. https://doi.org/10.47370/2072-0920-2020-15-4-41-52.

2. Меретин, Р. Н. (2019). Сорбционные свойства угольно-минерального сорбента на основе рисовой лузги по отношению к ионам тяжелых металлов. Сорбционные и хроматографические процессы, (19(6), 703-710. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2019.19/2232.

3. Морозова, Е. О., Кулик, Е. А., Сапурина, И. Ю., Николаева, Т. Н., Бурцева, Е. И., Пронин, А. В. & Иванова, В. Т. (2019). Регенерируемые сорбенты на основе полипиррола для очистки водных сред от микропатогенов. Сорбционные и хроматографические процессы, (19(4), 390-398. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2019.19/777

4. Пономарев, В. Я., Юнусов, Э. Ш., Ахметшин, Р. Р. & Самигулина, Л. Р. (2016). Сравнительный анализ способов гидролиза пивной дробины. Вестник технологического университета, (23), 136-138.

5. Элакунова, Ж. И. & Сатылганова, Э. Ш. (2017). Обоснования выбора варианта ресурсосберегающих технологий пивоваренного производства. Известия Иссык-Кульского форума бухгалтеров и аудиторов стран Центральной Азии, (1-1(16), 113-118.

6. Adelagun, R.O.A., Itodo, A.U., Berezi, E. P., Oko, O. J., Kamba, E. A., Andrew, C. & Bello, H.A. (2014). Adsorptive Removal of Cd2+ and Zn2+ From Aqueous System by BSG. Chemistry and Materials Research, (6(2), 104–112.

7. Dietz, C., Cook, D., Huismann, M., Wilson, C., and Ford, R. (2020) The multisensory perception of hop essential oil: a review. J. Inst. Brew., 126: 320– 342. https://doi.org/10.1002/jib.622

8. Gribkova, I.N., Kharlamova, L.N., Lazareva, I.V., Zakharov, M.A., Zakharova, V.A. & Kozlov, V.I. (2022). The Influence of Hop Phenolic Compounds on Dry Hopping Beer Quality. Molecules, (27), 740.https://doi.org/10.3390/molecules27030740.

9. Izinyon, O. C., Nwosu, O. E., Akhigbe, L. O. & Ilaboya, I. R. (2016). Performance evaluation of Fe (III) adsorption onto brewers’ spent grain. Nigerian Journal of Technology, (35(4), 970–978. https://doi.org/10.4314/njt.v35i4.36.

10. Kobus-Cisowska, J., Szymanowska-Powałowska, D., Szczepaniak, O., Kmiecik, D., Przeor, M., Gramza Michalowska, A., Cielecka-Piontek, J., Smuga-Kogut, M. & Szulc, P. (2019). Composition and In Vitro Effects of Cultivars of Humulus lupulus L. Hops on Cholinesterase Activity and Microbial Growth. Nutrients, (11), 1377. https://doi.org/10.3390/nu11061377.

11. Krofta, K. (2003). Comparison of quality parameters of Czech and foreign hop varieties. PLANT SOIL ENVIRON., (49), 261–268.

12. Lafontaine, S., Pereira, C., Vollmer, D., Shellhammer, T.H., Lafontaine, S. & Shellhammer, T. (2019). The Effectiveness of Hop Volatile Markers for Forecasting Dry-hop Aroma Intensity and Quality of Cascade and Centennial Hops. BrewingScience, (71), 116-140. https://doi.org/10.23763/BrSc18-19lafontaine.

13. Palmioli, A., Mazzoni, V., De Luigi, A., Bruzzone, C., Sala, G., Colombo, L., Bazzini, C., Paola Zoia, C, Inserra, M., Salmona, M., De Noni, I., Ferrarese, C., Diomede, L. & Airoldi, C. (2022). Alzheimer’s Disease Prevention through Natural Compounds: Cell-Free, In Vitro, and In Vivo Dissection of Hop (Humulus lupulus L.) Multitarget Activity. ACS Chemical Neuroscience, (13(22), 3152-3167. https://doi.org/10.1021/acschemneuro.2c00444.

14. Przybyś, M. & Skomra, U. (2020). Hops as a source of biologically active compounds. Polish Journal of Agronomy, (43), 83-102. https://doi.org/10.26114/pja.iung.438.2020.43.09.

15. Reis, S.F., Coelho, Е. & Coimbra, М. (2015). Improved efficiency of brewer’s spent grain arabinoxylans by ultrasound-assisted extraction. Ultrasonics Sonochemistry, (24),155-164. http://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2014.10.01.

16. Sawicka, B., Śpiewak, M., Kiełtyka-Dadasiewicz, A., Skiba, D., Bienia, B., Krochmal-Marczak, B. & Pszczółkowski, P. (2021). Assessment of the Suitability of Aromatic and High-Bitter Hop Varieties (Humulus lupulus L.) for Beer Production in the Conditions of the Małopolska Vistula Gorge Region. Fermentation, (7), 104. https://doi.org/10.3390/fermentation7030104.

17. Smyatskaya, Yu.A., Fazullina, A.A., Politaeva, N. A., Chusov, A.N. & Bezborodov A. A. (2019). Wastewater treatment of Iron (III) ions with residual biomass of microalgae Сhlorella sorokiniana. Ecology and Industry of Russia, (23(6), 22–27.

18. Sun, S., Wang, X., Yuan, A., Liu, J., Li, Z., Xie, D., Zhang, H., Luo, W., Xu, H., Liu, J., Nie, C., & Zhang, H. (2022). Chemical constituents and bioactivities of hops (Humulus lupulus L.) and their effects on beer-related microorganisms. Food and Energy Security, (11), e367. https://doi.org/10.1002/fes3.367.