ВведениеПивная дробина является вторичным сырьевымресурсом в технологии пивоварения, утилизация илипереработка которой актуальны. Во-первых, это даетвозможность дальнейшего применения биологическиактивных соединений, не задействованных попричине затрудненного извлечения из матрицыдробины. Во-вторых, позволяет решить вопросыэкологизации производства, чему в последнее времяуделяется много внимания по ряду причин [1].Согласно Постановлению Правительства РФ от03.03.2017 № 255 (ред. от 17.08.2020) «Об исчислениии взимании платы за негативное воздействие наокружающую среду» производитель вынужденнести дополнительные экономические затратыза отчисление налогов на утилизацию различныхотходов производства. Это снижает рентабельностьпредприятия и повышает актуальность проблемыпереработки пивной дробины, т. е. созданиямалоотходного производства.Дробина является ценным зерновым сырьемс точки зрения ее дальнейшей переработки дляразличных нужд. Отмечается, что нативная дробинане токсична, но в ней содержится малое количествовитаминов. Также нативная пивная дробина имеетвысокое содержание белковых веществ (12–15 %),углеводов (до 70 %), липидов, жирнокислотныйсостав которых биологически высокоэффективен [2].Поэтому одним из способов переработки дробиныявляется ее сушка и применение в кормлении скота идомашних животных [3].В состав углеводов пивной дробины входятвысокомолекулярные некрахмальные полисахариды– целлюлоза, лигнин, арабиноксиланы, остаткинерастворенного крахмала; азотистые веществапредставлены белками и аминокислотами; в составеприсутствуют свободные и связанные фенольныесоединения различной молекулярной массы и др. [4].Поэтому исследования, направленные наизучение возможности переработки пивнойдробины различными физико-химическими ибиотехнологическими способами, а также полученияувеличенного выхода различных связанных врастительной матрице дробины соединений,значимы.Received: January 21, 2021 Accepted: X X, 2021*е-mail: institut-beer@mail.ru© K.V. Kobelev, M.V. Gernet, I.N. Gribkova, 2021Abstract.Introduction. Brewery mash, or brewer’s spent grain (BSG), is a by-product of brewing industry. It is known to contain valuablebiologically active substances. However, their extraction is complicated by the presence of various polymers. The research featuredvarious physicochemical methods for obtaining valuable biological compounds from brewery waste. The new method modifiedcomplex non-starch polysaccharides, lignin, arabinoxylans, and other high-molecular compounds associated with phenoliccompounds. The research objective was to solve the problem of recycling industrial by-products that accumulate in large quantitiesand require expensive processing or disposal. The paper introduces new technological approaches for deep processing of BSG as asource of secondary raw materials in order to obtain extracts fortified with polyphenolic compounds.Study objects and methods. The research featured BSG from malt subjected to treatment with ECA-activated water (catholyte with pH9.6 ± 0.1), followed by enzymatic hydrolysis of cellulolytic enzyme preparations and extraction with a polar solvent of the resultingfree polyphenolic substances. The experiments were based on standard methods for assessing the content of various biologicallyactive substances.Results and discussion. A 70% water-ethanol solution proved to be optimal at the BSG:extractant ratio of 2:1, process temperature =50 ± 2°C, and extraction time = 60 ± 5 min. Under the same conditions, 70 %vol. of beer distillate made it possible to extract phenolicacids, flavonoid rutin, irreplaceable and nonessential amino acids, and non-starch polysaccharide β-glucan from the BSG matrix.The BSG treatment with 1М NaOH solution delivered viscous hydrolysates fortified with flavonoids rutin and quercetin, which didnot happen when acid hydrolysis was used. The combined use of ECA-treated water (catholyte with pH 9.6 ± 0.1) for 24 ± 0.05 h,combined with biocatalysis with the enzyme preparation Viskoflo MG for 2 ± 0.05 h, made it possible to obtain BSG extracts with ahigh content of phenolic acids and aldehydes, as well as flavonoid rutin.Conclusion. The study revealed the mechanism of hydrolytic decomposition of BSG non-starch polysaccharides, considering thecompounds contained in the extracts. The BSG hydrolysates fortified with various phenolic compounds can be used in various foodtechnologies, e.g., in fermented drinks.Keywords. Beer, grain, ECA-water, biocatalysis, extraction, phenolic compoundsFunding. The research was performed on the premises of the All-Russian Research Institute of Brewing, Non-alcoholic and WineIndustry (VNIIPBiVP) .For citation: Kobelev KV, Gernet MV, Gribkova IN. Innovative Method for Obtaining Biologically Active Compounds fromBrewery Mash. Food Processing: Techniques and Technology. 2021;51(1):113–124. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2021-1-113-124.115Кобелев К. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2021. Т. 51. № 1 С. 113–124Для нужд пищевой и комбикормовой промышлен-ности посредством применения биокатализаторовразличного действия удается достичь накопленияв гидролизатах различных низкомолекулярныхсоединений. Так, применение биокатализаторовцеллюлолитического действия, позволяющеенакопить в жидкой фазе смеси из 9 и болееглюкозных остатков некрахмальных углеводов илидекстринов различных моносахаров (арабиноза иксилоза), муравьиную, уксусную и левулиновуюкислоты, позволило обогатить белком гидролизаты засчет последующего выращивания микроорганизмов-продуцентов белков [5–8].С помощью кислотного гидролиза, в томчисле комбинированного с обработкой ЭХА-водой (катионитом и анионитом) некрахмальныхполисахаридов, из дробины получают гидролизаты,обогащенные ксилозой для применения в технологииполучения подсластителя ксилита [9].Щелочной гидролиз позволяет добитьсявысвобождения сахаров и небольшого количествафенольных соединений (феруловой и кумаровойкислот), поскольку щелочь воздействует на лигнин иразрывает связи между различными некрахмальнымисахаридами, делая их доступными для гидролизаразными способами [10, 11]. Щелочной гидролизтакже позволяет высвободить из связанногосостояния гордеины и глютелины дробины, а такжеприводит к ограниченному гидролизу липидныевещества [12].Учитывая связанное состояние высокомоле-кулярных соединений (арабиноксиланов, лигнина,белков), т. е. наличие связей различной природы,доступ ферментных препаратов к полимерамзатруднителен при осуществлении гидролиза.Поэтому применяют принципы физической пре-добработки, способствующие разрыву межмоле-кулярных связей: экстракцию жидкости поддавлением, сверхкритическую экстракцию,экстракцию с помощью СВЧ и ультразвук [13, 14].Учитывая вышесказанное, для извлечениянеобходимых соединений, в том числе поли-фенольной природы, необходимо применятькомплексную обработку с учетом сложного строенияполимеров пивной дробины.Целью работы является разработка технологи-ческих подходов глубокой переработки пивнойдробины как источника вторичных сырьевыхресурсов (ВСР) для получения экстрактов,обогащенных полифенольными соединениями, идальнейшем их применении в технологии напитковброжения.Объекты и методы исследованияОбъектом исследования являлась влажнаясолодовая дробина, полученная при настойномспособе производства пивоваренного сусла изсветлого солода. После дополнительного промыванияводой от остатков редуцирующих веществ,дробина обсушивалась фильтровальной бумагой,раскладывалась в полиэтиленовые крафт пакеты ихранилась при температуре –10 °С в морозильнойкамере. На серию экспериментов использоваласьодна партия солодовой дробины с влажностью65 ± 1 %.Производство электро-химически активированнойводы осуществлялось на установке «СТЭЛ-20» спроизводительностью 20 дм3 воды в час.В работе применялись ферментные препаратыфирмы Novozymes (Дания), характеристики которыхпредставлены в таблице 1.Для решения целей исследования применялисьфизико-химические методы анализа:– определение общего количества полифенолов – пометоду [15];– определение содержания антоцианогенов(MEBAK, 2.16.2) – по методу [16];– определение содержания β-глюкана – по мето-ду [17];– определение содержания летучих соединений – пометоду [18];– определение содержания аминокислот – по мето-ду [19];– определение содержания флавоноидов – по мето-ду [20].Таблица 1. Характеристики ферментных препаратов, применяемых в работеTable 1. Enzyme preparationsНазвание ферментного препарата Вискофло МG Церемикс Плюс Ультрафло ХLИмеющиеся активности в составе эндо-(1,3-(4))-β-глюканазацеллюлазаα-амилазаксиланазаарабиноксидазапентозаназаарабиназагемицеллюлазаэндо-(1,3-(4))-β-ксиланазаэндо-(1,3-(4))-β—глюканазапротеаза нейтральнаяα-амилазаэндо-(1,3-(4))-β-глюканазаксиланазаα-амилазапентозаназаРекомендуемая норма задачи, г/кг 0,15 0,10 0,20116Kobelev K.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2021, vol. 51, no. 1, pp. 113–124Эксперименты проводились в 3 повторностяхдля получения лучшей сходимости результатовиспытаний.Результаты и их обсуждениеПоставленная цель исследований требоваларешения ряда задач: для наиболее полногоизвлечения полифенолов пивной дробины подобратьусловия ее предварительной обработки с помощьюфизических методов; обеспечить подбор условийдля осуществления гидролиза высокомолекулярныхполимеров; подобрать эффективный экстрагент иусловия экстракции на конечном этапе переработкидробины.На первом этапе осуществлялся подборэффективного растворителя и условий экстракции.В качестве экстрагентов выступали органическиеполярные и неполярные растворители: мирамистин(бензилдиметил – катионное поверхностно-активное вещество со свойствами антисептика;концентрация 0,1 %), водно-этанольные растворы(полярный растворитель; концентрация 30–70 %) иводно-пропиленгликолиевые растворы (полярныйрастворитель; концентрация 30–70 %). Длительностьэкстракции на первом этапе составила 60 мин.Данные представлены в таблице 2.Применение различных экстрагентов эффективноотносительно экстракции водой, несмотря на низкиезначения содержания полифенолов различныхгрупп (табл. 2). Применение раствора мирамистинав различных концентрациях незначительноповышало выход полифенолов дробины, несмотряна его заявляемую эффективность применения [21].Относительно полярных экстрагентов (водно-этанольные и водно-пропиленгликолиевые растворыразличных концентраций) можно констатировать,что извлечение общего количества полифеноловповышается относительно извлечения водойи мирамистином с повышением температурыизвлечения и концентрации основного вещества,что наглядно представлено в таблице 2. Однакоантоцианогенные вещества наиболее полноизвлекаются водно-пропиленгликолиевыми раство-рами, что связано с коэффициентом проницаемостипропиленгликолиевых растворов в растительнуюматрицу дробины [22, 23]. Данные таблицы 2показали, что оптимальная температура извлеченияполифенолов различных групп – 50 ± 2 °С,что подтверждается литературными данными [24].Количественная оценка содержания полифе-нольных веществ показала, что оптимальнымгидромодулем при экстракции полифенольныхсоединений дробины 70 % раствором этанол:водаТаблица 2. Содержание полифенольных веществ в зависимости от условий экстракцииTable 2. Effect of extraction conditions on the ontent of polyphenolic substancesТип экстрагента Концентрация основноговещества в водномрастворе экстрагента, %Содержание полифенолов, %, при гидромодуле (1:10) и температуреизвлечения, °С25 ± 2 35 ± 2 50 ± 2 60 ± 2Общие полифенолыВода – 0,015 ± 0,001 0,030 ± 0,003 0,060 ± 0,001 0,060 ± 0,001Мирамистин 0,050 ± 0,010 0,015 ± 0,001 0,030 ± 0,003 0,038 ± 0,003 0,038 ± 0,0030,100 ± 0,020 0,015 ± 0,001 0,015 ± 0,001 0,015 ± 0,001 0,041 ± 0,004Этанол 30,000 ± 2,000 0,030 ± 0,003 0,044 ± 0,001 0,088 ± 0,008 0,250 ± 0,02350,000 ± 2,000 0,176 ± 0,020 0,235 ± 0,020 0,280 ± 0,020 0,325 ± 0,03070,000 ± 2,000 0,220 ± 0,020 0,280 ± 0,020 0,294 ± 0,020 0,368 ± 0,033Пропиленгликоль 30,000 ± 2,000 0,060 ± 0,001 0,088 ± 0,008 0,103 ± 0,010 0,250 ± 0,02350,000 ± 2,000 0,103 ± 0,001 0,103 ± 0,001 0,176 ± 0,020 0,310 ± 0,02870,000 ± 2,000 0,176 ± 0,020 0,235 ± 0,020 0,310 ± 0,030 0,325 ± 0,030Антоцианогены, ×103Вода – н/о* н/о 0,041 ± 0,004 0,647 ± 0,065Мирамистин 0,050 ± 0,010 н/о н/о 0,041 ± 0,004 0,010 ± 0,0010,100 ± 0,020 1,000 ± 0,100 1,000 ± 0,100 1,000 ± 0,100 1,000 ± 0,100Этанол 30,000 ± 2,000 0,882 ± 0,090 0,882 ± 0,090 1,110 ± 0,110 1,411 ± 0,14050,000 ± 2,000 1,000 ± 0,100 1,110 ± 0,110 1,705 ± 0,170 1,880 ± 0,19070,000 ± 2,000 1,530 ± 0,150 1,550 ± 0,156 1,650 ± 0,165 2,180 ± 0,220Пропиленгликоль 30,000 ± 2,000 2,410 ± 0,240 2,410 ± 0,240 2,600 ± 0,260 2,650 ± 0,27050,000 ± 2,000 2,700 ± 0,270 2,700 ± 0,270 2,820 ± 0,282 2,940 ± 0,29070,000 ± 2,000 3,350 ± 0,350 3,600 ± 0,360 4,760 ± 0,476 4,820 ± 0,480н/о* – не определяется.н/о* – not determined.117Кобелев К. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2021. Т. 51. № 1 С. 113–124является 2:10. Это позволило на 33 % увеличитьколичество экстрагируемых полифенолов и в 5 разколичество извлекаемых антоцианогенов. Такжеисследования показали, что длительное времяэкстракции (более 1 ч) существенным образом невлияет на выход полифенольных веществ.С одной стороны, что обращение спиртосо-держащих жидкостей на предприятиях пиво-безалкогольной отрасли требует наличиялицензионного соглашения, специальных аппаратовдля хранения, устройств для учета и веденияотчетности, а с другой – скопление брака пива,некондиционного пива, а также прочих отходов,связанных с невозвратными потерями продукции.С целью использования невозвратных отходов,содержащих спирт в своем составе, исследовалосьвлияние дистиллята пива с содержанием объемнойдоли этилового спирта 70 %об. на количествоэкстрагируемых полифенолов. Состав летучихсоединений дистиллята представлен в таблице 3,количество экстрагируемых групп полифенолов – втаблице 4.Как показывают данные таблицы 3, дистиллятпива содержит характерные летучие соединения длясостава пива.Данные таблицы 4 свидетельствуют о том,что дистиллят пива экстрагирует большееколичество общих полифенолов, по сравнениюс водно-этанольным раствором и водно-пропиленгликолиевым, при одной и той жеконцентрации основного экстрагента. Этообъясняется меньшим коэффициентом полярностипивного дистиллята по отношению к водно-этанольному раствору, что увеличивает диффузиюполифенолов в жидкую фазу [25]. Коэффициентполярности дистиллята снижается за счетприсутствующих в его составе высших спиртов иэфиров (табл. 3), привносящих в раствор большееколичество водородных связей.Представляло интерес исследовать составэкстрактов пивной дробины, полученных сразличными экстрагентами. Данные представлены втаблице 5.Состав экстрактов пивной дробины, пред-ставленный в таблице 5, говорит о том, что 70 %об.пивной дистиллят позволяет извлечь из дробиныбольшее, по сравнению с другими экстрагентами,количество аминокислот, в том числе незаменимых,фенольных кислот и флаваноидов в виде рутина.Кверцетин, присутствующий в составе сложныхцеллюлоз дробины, не извлекается простой полярнойэкстракцией. Содержание фенольных кислотпревышает контрольное значение (при экстракцииводой) на 30 % в случае галловой кислоты, асодержание синаповой кислоты увеличиваетсяв 11 раз.Второй этап исследования был связан с подборомусловий гидролиза пивной дробины различнымиспособами: кислотный, щелочной и ферментативный.Гидролиз осуществлялся при гидромодуле 2:10в течение 1 ± 0,05 ч и температуре 50 ± 2 °С. Послеокончания гидролиза смеси доводились до рН7,0 ± 0,1, далее следовала экстракция 70 %об.дистиллятом пива. Содержание полифенольныхсоединений гидролизатов представлено в табли-цах 6 и 7.Представленные результаты исследований изтаблицы 6 подтверждают литературные данныеоб эффективности щелочного гидролиза посравнению с кислотным. В условиях щелочногогидролиза происходит разрыв этерифицированныхполифенольных соединений пивной дробины,Таблица 3. Летучие соединения дистиллята пиваTable 3. Volatile compounds of beer distillateНаименование вещества Содержание, мг/дм3Высшие спиртыметанол 29,860 ± 0,3002-пропанол 3,120 ± 0,0301-пропанол 130,970 ± 1,3102-бутанол 0,320 ± 0,003изобутанол 204,990 ± 2,050изоамилол 851,280 ± 8,510Карбонильные соединенияацетальдегид 101,150 ± 1,000изобутиральдегид 6,040 ± 0,060ацетон 5,440 ± 0,054изоамилацетат 23,920 ± 0,240фенилэтиловый спирт 16,470 ± 0,165Эфирыэтилацетат 239,870 ± 2,400этилформиат 0,600 ± 0,006этиллактат 1,540 ± 0,002Таблица 4. Полифенольные вещества пивной дробины, извлекаемые органическими растворителямиTable 4. Polyphenolic substances of brewer’s grain recovered by organic solventsНаименование группполифеноловСодержание соединений, %, при экстракции70 % водно-этанольнымраствором70 %об. дистиллятомпива70 % водно-пропиленгликолиевымрастворомОбщие полифенолы 0,193 ± 0,020 0,280 ± 0,030 0,187 ± 0,020Антоцианогены, ×103 4,023 ± 0,400 4,400 ± 0,440 7,530 ± 0,750118Kobelev K.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2021, vol. 51, no. 1, pp. 113–124что объясняется строением предшественникадробины – ячменного зерна [10]. Лигнин, входящийв оболочку зерна, состоит из гваяцильныхмономерных единиц с соотношением сирингилови гваяцилов, связанных в структуре полимерас феруловой и п-кумаровой кислотами, причемвнутримолекулярные субструктуры представленыподавляющим большинством β-O-4 ариловыхэфиров и меньшинством β-5 фенилкумаранов,этерифицированных между собой [26, 27].Результаты исследований таблицы 7 согласуютсяс литературными данными и свидетельствуют оглубоком гидролизе целлюлозы (лигнина) дробины,поскольку в гидролизатах присутствует большееколичество (в 10 раз) синаповой и галловой (в 8раз) кислот по сравнению с этанольными экстра-ктами [11]. Щелочной гидролиз позволяет извлечькверцетин и в 3 раза большее количество рутина посравнению с этанольными экстрактами.Основываясь на данных таблиц 6 и 7, можноотметить, что содержание различных группполифенолов в щелочных гидролизатах прямопропорционально количеству растворенногодействующего вещества, определяющего глубинугидролиза.Однако, несмотря на положительные результатыисследований по применению щелочного гидролиза,важно отметить, что внешний вид, структура иконсистенция полученных гидролизатов дробиныбез применения дополнительной обработки не моглиспособствовать дальнейшему ее использованию впищевой промышленности. Щелочной гидролизпозволил высвободить из связанного состоянияарабиноксиланы оболочек зерна, которыеобуславливали вязкость и мутность гидролизатовдробины.Далее было исследовано влияние фермента-тивного гидролиза пивной дробины на количествовысвобождаемых полифенолов.Необходимо отметить, что для облечениядоступа ферментных препаратов к некрахмальнымполисахаридам пивной дробины на первом этапеприменялась обработка сырья католитом с рН9,6 ± 0,1, полученным в результате обработки водына ЭХА-установке. Данные приведены на рисунке 1.Данные исследований, отображенные на рисунке 1,свидетельствуют о том, что обработанная водаТаблица 5. Содержание соединений в экстрактах дробиныTable 5. Content of compounds in extracts of brewer’s spent grainНаименование Содержание веществ в экстрактах сВода 0,01 % раствормирамистина70 %об. дистиллятпива70 % водно-пропи-ленгликолиевый растворНекрахмальные полисахариды(β-глюкан), мг/100 см31,630 ± 0,110 1,670 ± 0,110 2,720 ± 0,200 1,630 ± 0,110Всего аминокислот, мг/дм3незаменимых, в том числе53,700 ± 2,500 45,000 ± 2,250 122,800 ± 6,150 96,700 ± 4,83021,500 ± 1,07 16,900 ± 8,450 56,100 ± 2,850 40,600 ± 2,050Фенольные кислоты, мг/дм3:галловая0,510 ± 0,05 0,630 ± 0,060 0,660 ± 0,065 0,580 ± 0,058ванилиновая н/о 0,440 ± 0,040 1,840 ± 0,180 1,170 ± 0,115сиреневая н/о 0,260 ± 0,025 1,160 ± 0,110 0,340 ± 0,0350синаповая 0,175 ± 0,020 0,050 ± 0,005 2,060 ± 0,210 1,530 ± 0,150Полифенолы, мг/дм3:рутин н/о н/о 15,000 ± 1,500 8,550 ± 0,850кверцетин н/о н/о н/о н/оТаблица 6. Содержание различных группполифенолов в гидролизатахTable 6. Content of various groups of polyphenols in hydrolysatesТипгидролизаДействующеевеществоСодержание,%Общих полифеноловБез гидролиза – 0,28 ± 0,02Кислотный раствор лимоннойкислоты, 1М0,38 ± 0,03раствор солянойкислоты, 1М0,44 ± 0,04Щелочной раствор гидроксиданатрия, 0,8 %0,67 ± 0,07раствор гидроксиданатрия 1М1,10 ± 0,10Антоцианогенов, ×103Без гидролиза – 4,40 ± 0,44Кислотный раствор лимоннойкислоты, 1М4,40 ± 0,44раствор солянойкислоты, 1М4,40 ± 0,44Щелочной раствор гидроксиданатрия, 0,8 %4,70 ± 0,44раствор гидроксиданатрия, 1М7,35 ± 0,75119Кобелев К. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2021. Т. 51. № 1 С. 113–124на ЭХА-установке или католит с рН 9,6 ± 0,1способствует высвобождению различных связанныхполифенольных веществ дробины. Наибольшаяконцентрация полифенолов достигается через 26–30 чот начала выдержки дробины в католите.Увеличение концентрации экстрагируемыхполифенолов объясняется щелочной природойкатолита – он обладает отрицательным зарядомокислительно-восстановительного потенциала за счетнакопления ионов Н+, т. е. в среде поддерживаетсяреакция восстановления [28]. Этерифицированныеполифенольные соединения лигнина дробинывзаимодействуют с ионами активированной воды сразрывом карбонильных и эфирных связей в данныхусловиях [29]. Соответственно, можно говорить оположительном влиянии предобработки ЭХА-водойна высокомолекулярные соединения растительнойматрицы дробины, что будет способствоватьлучшему контакту ферментных препаратов исубстрата.На рисунке 2 представлена динамика накопленияполифенолов в зависимости от продолжительностивыдержки с католитом и ферментным препаратомВискофло.Полученные результаты, представленные нарисунке 2, свидетельствуют о том, что оптимальныеусловия переработки пивной дробины достигаютсяпри продолжительности обработки ЭХА-водой4 ± 0,05 ч и продолжительности обработкипрепаратом Вискофло в течение 2 ± 0,05 ч. Болеедлительный гидролиз при той же продолжительностивыдержки с католитом приводили к незначительнымпотерям содержания полифенолов в гидролизатах.Полученные результаты исследования относи-тельно комплексной обработки пивной дробиныпоказали первоочередность длительной стадиипредподготовки, осуществляемой в условияхщелочного рН католита, чем более продолжительноговремени биокатализа. Это, на наш взгляд,логично, поскольку длительность предподготовкицитолитических полимеров отработанного зернавлияет на доступность биополимеров ферментнымпрепаратам, вносимым после.Были проведены исследования, касающиесяколичественного внесения ферментных препаратов кмассе обрабатываемой дробины. Из трех норм задачибиокатализатора Вискофло (30, 50 и 100 % от нормывнесения, рекомендуемой производителем) наиболеецелесообразным оказалось 100 % применениебиокатализатора.В дальнейшем за условия исследования действиядругих биокатализаторов нами были принятыусловия их 100 % задачи от рекомендуемойТаблица 7. Сравнительный качественныйи количественный состав полифеноловв экстрактах пивной дробиныTable 7. Comparative qualitative and quantitative compositionof polyphenols in the extracts of brewer’s spent grainНаименование Содержание после спиртовойэкстракциибез щелочногогидролизас применениемщелочногогидролизаФенольные кислоты,мг/дм3:галловая 0,660 ± 0,070 4,010 ± 0,400ванилиновая 1,840 ± 0,200 2,160 ± 0,220сиреневая 1,160 ± 0,120 1,150 ± 0,110синаповая 2,060 ± 0,200 20,860 ± 2,100Полифенолы, мг/дм3:рутин 15,000 ± 1,500 43,400 ± 4,300кверцетин н/о 6,710 ± 0,650Рисунок 1. Динамика накопления в экстрактахполифенолов в зависимости от длительностиобработки ЭХА-водойFigure 1. Effect of ECA-water treatment timeon the accumulation of polyphenols in extractsРисунок 2. Динамика накопления полифенолов в процессекомбинированной обработки дробины ЭХА-водойи биокатализатором ВискофлоFigure 2. Accumulation of polyphenols during combined processingof brewer’s spent grain with ECA-water and Viskoflo biocatalyst0369120 2 4 24Содержание группполифенолов, %Продолжительность выдержки с католитом, чполифенолы антоцианогены, ×10³0,20,30,40,5Содержание полифенолов, %2 ч 24 ч 0369120 2 4 24Содержание группполифенолов, %Продолжительность выдержки с католитом, чполифенолы антоцианогены, ×10³0,20,30,40,50 ч 2 ч 4 ч 6 чСодержание полифенолов, %Продолжительность биокатализа, ч2 ч с катионитом 4 ч с катионитом24 ч с катионитом120Kobelev K.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2021, vol. 51, no. 1, pp. 113–124доли внесения. Продолжительность выдержки скатолитом составила 24 ± 0,05 ч. Данные применениякомплексной обработки дробины с участием другихбиокатализаторов представлены в таблице 8.Полученные в результате исследований данныедемонстрируют преимущество применения биока-тализатора Вискофло перед Церемиксом и Ультрафлопо содержанию полифенолов и антоцианогенов вполученных гидролизатах (табл. 8). Содержаниеполифенолов в случае применения Вискофлоувеличилось относительно контрольного образцана 60 %, а содержание антоцианогенов – в 3,5 раза.Препарат Ультрафло не показал эффективностиприменения: показатели содержания полифеноловнаходились на уровне контрольных значений, апрепарат Церемикс позволил увеличить количествоэкстрагируемых полифенолов после гидролиза на45 %, а антоцианогенов – в 2,8 раза, по сравнению сконтрольным образцом, через 6 ч его применения.Подобный эффект от применения биокатализатораВискофло объясняется наличием в его составеэндо-(1,3-(4))-β-глюканазы, целлюлазы, ксиланазы,арабиноксидазы, пентозаназы, арабиназы и гемицел-люлазы в комплексе гидролизующих гемицеллюлозыразличного строения и молекулярной массы, чтоприводит к высвобождению из связанного состоянияполифенольных веществ [11].Качественный и количественный состав получен-ных гидролизатов представлен в таблице 9.Представленный в таблице 9 качественный иколичественный состав полифенольных соединенийэкстрактов пивной дробины, полученных врезультате различной обработки, свидетельствует оразличных гидролитических процессах, проходящихв результате простой экстракции полярнымрастворителем, щелочного или ферментативногогидролиза в совокупности с обработкой ЭХА-водой.В составе зерновой дробины присутствуютнемодифицированная целлюлоза, воска на основелипидов, включающих в себя фенольные соединения,а также запасные белки зерна [4]. Макромолекулацеллюлозы построена из микрофибрил линейныхцепей целлюлозы, стабилизированных меж- ивнутримолекулярными водородными связями,которые окружены арабиноксиланами. Водородныесвязи целлюлозы обеспечивают ее нерастворимостьи устойчивость к действию биокатализаторов.Структура арабиноксилана является разветвленнымполимером ксилана с замещенными арабинознымии ацетильными остатками по бокам основнойксилановой цепи [30]. Исследователи отме-Таблица 8. Содержание различных групп полифеноловв гидролизатах с различными биокатализаторамиTable 8. Effect of various biocatalysts on the contentof polyphenols in hydrolysatesПродолжительностьобработки биокатализа-тором пивной дробины,Содержание, %полифенолов антоциано-генов, ×10–3Без биокатали-затора2 ± 0,05 0,281 ± 0,020 5,150 ± 0,5004 ± 0,05 0,281 ± 0,020 5,150 ± 0,5006 ± 0,05 0,313 ± 0,030 5,150 ± 0,500Церемикс плюс 2 ± 0,05 0,281 ± 0,020 5,150 ± 0,5004 ± 0,05 0,410 ± 0,030 14,800 ± 1,5006 ± 0,05 0,410 ± 0,030 14,800 ± 1,500Ультрафло XL 2 ± 0,05 0,281 ± 0,020 5,150 ± 0,5004 ± 0,05 0,281 ± 0,020 5,150 ± 0,5006 ± 0,05 0,317 ± 0,030 5,700 ± 0,500Вискофло MG 2 ± 0,05 0,450 ± 0,030 17,900 ± 1,8004 ± 0,05 0,425 ± 0,030 11,600 ± 1,1506 ± 0,05 0,425 ± 0,030 11,600 ± 1,150Таблица 9. Качественный и количественный состав экстрактов пивной дробины различной степени обработкиTable 9. Qualitative and quantitative composition of brewer’s spent grain extracts of various processing degreesНаименование Содержание после экстракции дистиллятом пива при обработкебез гидролиза применение щелочногогидролизаприменение комбинированнойобработки ЭХА-водой и ВискофлоФенольные кислоты, мг/дм3:галловая 0,660 ± 0,070 4,010 ± 0,400 0,670 ± 0,070ванилиновая 1,840 ± 0,020 2,160 ± 0,210 2,610 ± 0,250сиреневая 1,160 ± 0,010 1,150 ± 0,110 1,230 ± 0,120синаповая 2,060 ± 0,200 20,860 ± 2,100 2,390 ± 0,240Фенольные альдегиды, мг/дм3:сиреневый н/о н/о 0,400 ± 0,040конифериловый н/о н/о 0,955 ± 0,100синаповый н/о н/о 0,863 ± 0,100Полифенолы, мг/дм3:рутин 15,000 ± 1,500 43,400 ± 4,300 32,160 ± 3,200кверцетин н/о 6,71 н/о121Кобелев К. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2021. Т. 51. № 1 С. 113–124чают, что остатки арабинозы могут бытьдополнительно замещены феруловой кислотойчерез сложноэфирную связь и через свои димерысоединять молекулы арабиноксилана вместе, а такжесвязывать арабиноксиланы с лигнином [31, 32].Лигнин дробины сформирован из фенольных единицп-кумарилового, кониферилового и синапиловогоспиртов, объединенные между собой в звенья споследующей полимеризацией [33].Основываясь на вышесказанном можно сказать,что экстракция этанол-содержащими растворамипозволяет выделить свободные полифенолы и прочиесоединения, не затрагивая внутреннюю структурудробины. Щелочная экстракция наибольшимобразом воздействует на арабиноксиланы, разрушаяих до декстринов различной молекулярной массы,о чем свидетельствовали вязкие непрозрачныегидролизаты. Также при щелочном гидролизеэкстрагируются запасные белки зерна и в небольшойстепени происходит высвобождение фенольныхсоединений из лигнина (табл. 8). Необходимоотметить, что только щелочной гидролиз привелк экстракции кверцетина. Таким образом, можнопредположить, что кверцетин этерифицирован сарабиноксиланами или запасными белками дробины.Комбинированный способ переработки дробины спомощью ЭХА-воды и биокатализаторов позволилвыделить низкомолекулярные фенольные кислотыи их производные, а также рутин. Гидролитическийраспад макромолекул полисахаридов прошелв большей степени, учитывая модификациюцеллюлозы посредством разрыва водородныхсвязей, ее удерживающих, а также арабиноксиланов.Это привело к повышенной доступностивысокомолекулярных полимеров для действияцитолитических ферментов.ВыводыРассмотрены различные способы извлеченияполифенольных соединений пивной дробины,отмечены различия в механизмах гидролитическогоразрыва связей между молекулами некрахмальныхполисахаридов и других полимеров при участиищелочного и ферментативного гидролиза. Проведенныеисследования позволили подобрать оптимальныеусловия для глубокой физико-химической переработкидробины: продолжительность обработки католитомс рН 9,6 ± 0,1 составила 24 ± 0,05 ч, длительностьбиокатализа с помощью препарата Вискофло составила2 ± 0,05 ч, гидромодуль – 2:1, температура процесса– 50 ± 2 °С, раствор экстрагента – дистиллят пивакрепостью 70 %об.Критерии авторстваК. В. Кобелев осуществлял общее руководствопроектом исследования. М. В. Гернет осуществляларазработку макета исследований. И. Н. Грибковаобеспечивала исследовательский процесс экспери-ментальными данными и их обобщением.Конфликт интересовАвторы заявляют об отсутствии конфликтаинтересов.ContributionK.V. Kobelev supervised the project. M.V. Gernetdeveloped the layout. I.N. Gribkova provided the researchprocess with experimental data and their synthesis.Conflict of interestThe authors declare that there is no conflict of interestregarding the publication of this article.