Food Processing: Techniques and Technology Food Processing: Techniques and Technology Техника и технология пищевых производств 2074-9414 2313-1748 69867 10.21603/2074-9414-2023-3-2447 ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ ORIGINAL ARTICLE ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ Effect of Ultrasonic Exposure on the Efficiency of De-Oiling Fluid Lecithins Влияние ультразвукового воздействия на эффективность процесса обезжиривания жидких лецитинов https://orcid.org/0000-0001-7296-6582 Лисовая Екатерина Валериевна Lisovaya Ekaterina V. e.kabalina@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 https://orcid.org/0000-0001-7517-3684 Викторова Елена Павловна Viktorova Elena P. kornena@bk.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 https://orcid.org/0000-0002-4837-1447 Свердличенко Анастасия Валериевна Sverdlichenko Anastasia V. https://orcid.org/0000-0003-1822-0805 Жане Мариет Руслановна Zhane Mariet R. mariyet.zhane_87@bk.ru Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции – филиал ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия» Краснодар Россия Krasnodar Research Institute of Storage and Processing of Agricultural Products – branch of the North-Caucasian Federal Scientific Center of Horticulture, Viticulture and Winemaking Krasnodar Russian Federation Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции – филиал ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия» Краснодар Россия Krasnodar Research Institute of Storage and Processing of Agricultural Products - branch of the North Caucasian Federal Scientific Center for Horticulture, Viticulture, Winemaking Krasnodar Russian Federation Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции – филиал ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия» Краснодар Россия Krasnodar Research Institute of Storage and Processing of Agricultural Products - branch of the North Caucasian Federal Scientific Center for Horticulture, Viticulture, Winemaking Krasnodar Russian Federation Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции – филиал ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия» Краснодар Россия Krasnodar Research Institute of Storage and Processing of Agricultural Products - branch of the North Caucasian Federal Scientific Center for Horticulture, Viticulture, Winemaking Krasnodar Russian Federation Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции – филиал ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия» Краснодар Россия Krasnodar Research Institute of Storage and Processing of Agricultural Products – branch of the North-Caucasian Federal Scientific Center of Horticulture, Viticulture and Winemaking Krasnodar Russian Federation Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции – филиал ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия» Краснодар Россия Krasnodar Research Institute of Storage and Processing of Agricultural Products - branch of the North Caucasian Federal Scientific Center for Horticulture, Viticulture, Winemaking Krasnodar Russian Federation Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции – филиал ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия» Краснодар Россия Krasnodar Research Institute of Storage and Processing of Agricultural Products – branch of the North-Caucasian Federal Scientific Center of Horticulture, Viticulture and Winemaking Krasnodar Russian Federation Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции – филиал ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия» Краснодар Россия Krasnodar Research Institute of Storage and Processing of Agricultural Products – branch of the North-Caucasian Federal Scientific Center of Horticulture, Viticulture and Winemaking Krasnodar Russian Federation Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции – филиал ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия» Краснодар Россия Krasnodar Research Institute of Storage and Processing of Agricultural Products - branch of the North Caucasian Federal Scientific Center for Horticulture, Viticulture, Winemaking Krasnodar Russian Federation Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции – филиал ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия» Краснодар Россия Krasnodar Research Institute of Storage and Processing of Agricultural Products - branch of the North Caucasian Federal Scientific Center for Horticulture, Viticulture, Winemaking Krasnodar Russian Federation 29 09 2023 29 09 2023 53 3 445 454 28 02 2023 04 04 2023 https://fptt.ru/en/issues/22025/21966/

Получение фосфолипидного изолята с высоким содержанием фосфолипидов путем обезжиривания жидкого лецитина является ресурсо- и энергозатратным процессом. Исследование эффективности применения различных методов интенсификации этого процесса актуально. Метод ультразвукового воздействия – один из наиболее эффективных и простых в реализации физических методов интенсификации химико-технологических процессов. Цель работы – исследование влияния ультразвукового воздействия на эффективность процесса обезжиривания жидких лецитинов. Объектами являлись образцы соевого лецитина (жидкий, частично обезжиренный, фосфолипидный изолят). Обезжиривание жидкого соевого лецитина с применением в качестве растворителя ацетона осуществляли в три стадии при температуре 40 °С. Продолжительность каждой стадии составила 10 мин. Соотношение лецитин:ацетон (по массе) на I стадии обезжиривания составило 1:7, на II стадии – 1:6, на III – 1:5. Системы «жидкий лецитин – ацетон» и «частично обезжиренный лецитин – ацетон» в процессе обезжиривания подвергали ультразвуковому воздействию при различной удельной мощности и продолжительности воздействия. Разделение фаз на раствор нейтральных липидов в ацетоне и фосфолипиды осуществляли фильтрованием. Фосфолипидный изолят высушивали в вакуум-сушильном шкафу под вакуумом 5 кПа при температуре 40 °С. После каждой стадии обезжиривания определяли содержание фосфолипидов в частично обезжиренных лецитинах и фосфолипидном изоляте, а также степень извлечения нейтральных липидов после отгонки растворителя из ацетоновой мисцеллы. Установили эффективность ультразвукового воздействия при обработке систем «лецитин – ацетон» на I стадии обезжиривания с удельной мощностью 0,28 Вт/см3, на II и III стадиях – 0,36 Вт/см3. Применение ультразвукового воздействия на I и II стадиях обезжиривания в течение 3 мин, а на III стадии в течение 2 мин позволяет сократить расход ацетона в 1,2 раза и получить фосфолипидный изолят с содержанием фосфолипидов на 3,3 % выше по сравнению с обезжириванием контрольного образца (без обработки ультразвуковым воздействием). В работе была показана эффективность применения ультразвукового воздействия для интенсификации процесса обезжиривания жидкого соевого лецитина в три стадии со снижением расхода растворителя. Разработали технологические режимы получения фосфолипидного изолята с высоким содержанием целевого компонента – собственно фосфолипидов (98,6 %), который может быть рекомендован в качестве пищевой добавки в технологиях продуктов питания.

De-oiling fluid lecithin is a resource- and energy-intensive process that provides a phospholipid isolate with a high content of phospholipids. Ultrasonic exposure is one of the most effective and easy-to-implement physical methods that intensify this chemical-technological procedure. This article describes the effect of ultrasonic exposure on the efficiency of de-oiling fluid lecithins. The research featured soy lecithin (fluid, partially de-oiled, phospholipid isolate). The de-oiling process involved acetone as a solvent and included three 10-min stages at a temperature of 40°C. The ratio of lecithin:acetone (by weight) was as follows: stage I – 1:7, stage II – 1:6, stage III – 1:5. The systems of fluid lecithin – acetone and partially de-oiled lecithin – acetone underwent ultrasonic treatment during the de-oiling process at different specific power and exposure time. As a result of filtration, phases separated into an acetone solution of neutral lipids and phospholipids. The phospholipid isolate was dried in a vacuum oven at 5 kPa and 40°C. Each stage ended with the following measurements: the content of phospholipids in partially de-oiled lecithins, the content of phospholipids in the phospholipid isolate, and the extraction degree of neutral lipids after distilling the solvent from the acetone miscella. The specific power in the lecithin – acetone system was 0.28 W/cm3 at de-oiling stage I and 0.36 W/cm3 at stages II and III. Three minutes of ultrasonic exposure at stages I and II and two minutes at stage III reduced the acetone consumption by 1.2 times. The resulting phospholipid isolate yielded by 3.3% more phospholipids than the control sample, which presupposed no ultrasonic treatment. Ultrasonic exposure proved to be an effective and solvent-saving three-stage method that intensified the process of de-oiling fluid soy lecithin. The study specified the optimal technological modes for obtaining a phospholipid isolate with a high content of phospholipids (98.6%), which can be recommended as a food additive.

 Соевый лецитин фосфолипиды обезжиривание ультразвук интенсификация фосфолипидный изолят Fluid soy lecithin phospholipids de-oiling ultrasound inten sification phospholipid isolate Исследование выполнено за счет средств гранта № 22-26-20122 Российского научного фонда (РНФ) и Кубанского научного фонда. The research was supported by the Russian Science Foundation (RSF) and the Kuban Science Foundation, grant No. 22-26-20122.

Alhajj MJ, Montero N, Yarce CJ, Salamanca CH. Lecithins from vegetable, land, and marine animal sources and their potential applications for cosmetic, food, and pharmaceutical sectors. Cosmetics. 2020;7(4). https://doi.org/10.3390/cosmetics7040087 Alhajj MJ, Montero N, Yarce CJ, Salamanca CH. Lecithins from vegetable, land, and marine animal sources and their potential applications for cosmetic, food, and pharmaceutical sectors. Cosmetics. 2020;7(4). https://doi.org/10.3390/cosmetics7040087 Gutiérrez-Méndez N, Chavez-Garay DR, Leal-Ramos MY. Lecithins: A comprehensive review of their properties and their use in formulating microemulsions. Journal of Food Biochemistry. 2022;46(7). https://doi.org/10.1111/jfbc.14157 Gutiérrez-Méndez N, Chavez-Garay DR, Leal-Ramos MY. Lecithins: A comprehensive review of their properties and their use in formulating microemulsions. Journal of Food Biochemistry. 2022;46(7). https://doi.org/10.1111/jfbc.14157 Arepally D, Reddy RS, Goswami TK, Datta AK. Biscuit baking: A review. LWT. 2020;131. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2020.109726 Arepally D, Reddy RS, Goswami TK, Datta AK. Biscuit baking: A review. LWT. 2020;131. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2020.109726 Wang M, Yan W, Zhou Y, Fan L, Liu Y, Li J. Progress in the application of lecithins in water-in-oil emulsions. Trends in Food Science and Technology. 2021;118:388-398. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.10.019 Wang M, Yan W, Zhou Y, Fan L, Liu Y, Li J. Progress in the application of lecithins in water-in-oil emulsions. Trends in Food Science and Technology. 2021;118:388-398. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.10.019 Robert C, Couëdelo L, Vaysse C, Michalski MC. Vegetable lecithins: A review of their compositional diversity, impact on lipid metabolism and potential in cardiometabolic disease prevention. Biochimie. 2020;169:121-132. https://doi.org/10.1016/j.biochi.2019.11.017 Robert C, Couëdelo L, Vaysse C, Michalski MC. Vegetable lecithins: A review of their compositional diversity, impact on lipid metabolism and potential in cardiometabolic disease prevention. Biochimie. 2020;169:121-132. https://doi.org/10.1016/j.biochi.2019.11.017 Küllenberg D, Taylor LA, Schneider M, Massing U. Health effects of dietary phospholipids. Lipids in Health and Disease. 2012;11. https://doi.org/10.1186/1476-511X-11-3 Küllenberg D, Taylor LA, Schneider M, Massing U. Health effects of dietary phospholipids. Lipids in Health and Disease. 2012;11. https://doi.org/10.1186/1476-511X-11-3 Robert C, Vaysse C, Michalski M-C. Vegetable lecithins: Their metabolic impacts as food-grade ingredients. Cahiers de Nutrition et de Diététique. 2021;56(6):360-367. https://doi.org/10.1016/j.cnd.2021.06.002 Robert C, Vaysse C, Michalski M-C. Vegetable lecithins: Their metabolic impacts as food-grade ingredients. Cahiers de Nutrition et de Diététique. 2021;56(6):360-367. https://doi.org/10.1016/j.cnd.2021.06.002 Bot F, Cossuta D, O'Mahony JA. Inter-relationships between composition, physicochemical properties and functionality of lecithin ingredients. Trends in Food Science and Technology. 2021;111:261-270. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.02.028 Bot F, Cossuta D, O'Mahony JA. Inter-relationships between composition, physicochemical properties and functionality of lecithin ingredients. Trends in Food Science and Technology. 2021;111:261-270. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.02.028 Lehri D, Kumari N, Singh RP, Sharma V. Composition, production, physicochemical properties and applications of lecithin obtained from rice (Oryza sativa L.) - A review. Plant Science Today. 2019;6(sp1):613-622. https://doi.org/10.14719/pst.2019.6.sp1.682 Lehri D, Kumari N, Singh RP, Sharma V. Composition, production, physicochemical properties and applications of lecithin obtained from rice (Oryza sativa L.) - A review. Plant Science Today. 2019;6(sp1):613-622. https://doi.org/10.14719/pst.2019.6.sp1.682 Lisovaya E, Viktorova E, Zhane M, Vorobyova O, Velikanova E. Research of the chemical composition peculiarities of food additives - vegetable lecithins for the development of methods for assessing their quality. BIO Web of Conferences. 2021;34. https://doi.org/10.1051/bioconf/20213406009 Lisovaya E, Viktorova E, Zhane M, Vorobyova O, Velikanova E. Research of the chemical composition peculiarities of food additives - vegetable lecithins for the development of methods for assessing their quality. BIO Web of Conferences. 2021;34. https://doi.org/10.1051/bioconf/20213406009 Лисовая Е. В., Викторова Е. П., Лисовой В. В. Анализ ассортимента лецитинов, представленных на российском рынке // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания. 2019. Т. 28. № 2. С. 51-55. https://www.elibrary.ru/OHKTFS Lisovaya EV, Viktorova EP, Lisovoy VV. Analysis of the range of lecithins represented on the Russian market. Technologies of the Food and Processing Industry of the Agro-Industrial Complex-Healthy Food Products. 2019;28(2):51-55. (In Russ.). https://www.elibrary.ru/OHKTFS van Nieuwenhuyzen W, Tomás MC. Update on vegetable lecithin and phospholipid technologies. European Journal of Lipid Science and Technology. 2008;110(5):472-486. https://doi.org/10.1002/ejlt.200800041 van Nieuwenhuyzen W, Tomás MC. Update on vegetable lecithin and phospholipid technologies. European Journal of Lipid Science and Technology. 2008;110(5):472-486. https://doi.org/10.1002/ejlt.200800041 Cabezas DM, Madoery R, Diehl BWK, Tomás MC. Emulsifying properties of different modified sunflower lecithins. Journal of the American Oil Chemists' Society. 2012;89(2):355-361. https://doi.org/10.1007/s11746-011-1915-8 Cabezas DM, Madoery R, Diehl BWK, Tomás MC. Emulsifying properties of different modified sunflower lecithins. Journal of the American Oil Chemists' Society. 2012;89(2):355-361. https://doi.org/10.1007/s11746-011-1915-8 Miyasaki EK, Luccas V, Kieckbusch TG. Modified soybean lecithins as inducers of the acceleration of cocoa butter crystallization. European Journal of Lipid Science and Technology. 2016;118(10):1539-1549. https://doi.org/10.1002/ejlt.201500093 Miyasaki EK, Luccas V, Kieckbusch TG. Modified soybean lecithins as inducers of the acceleration of cocoa butter crystallization. European Journal of Lipid Science and Technology. 2016;118(10):1539-1549. https://doi.org/10.1002/ejlt.201500093 Bueschelberger HG, Tirok S, Stoffels I, Schoeppe A. Lecithins. In: Norn V, editor. Emulsifiers in food technology. John Wiley and Sons, Ltd; 2014. pp. 21-60. https://doi.org/10.1002/9781118921265.ch2 Bueschelberger HG, Tirok S, Stoffels I, Schoeppe A. Lecithins. In: Norn V, editor. Emulsifiers in food technology. John Wiley and Sons, Ltd; 2014. pp. 21-60. https://doi.org/10.1002/9781118921265.ch2 Joshi A, Paratkar SG, Thorat BN. Modification of lecithin by physical, chemical and enzymatic methods. European Journal of Lipid Science and Technology. 2006;108(4):363-373. https://doi.org/10.1002/ejlt.200600016 Joshi A, Paratkar SG, Thorat BN. Modification of lecithin by physical, chemical and enzymatic methods. European Journal of Lipid Science and Technology. 2006;108(4):363-373. https://doi.org/10.1002/ejlt.200600016 Способ получения фосфолипидного пищевого продукта: пат. 2184459C1 Рос. Федерация. № 2001120615/13 / Сипки Р. Р., Науменко Ю. Ю., Китаинов Б. В.; заявл. 23.07.2001; опубл. 10.07.2002. 5 с. Sipki RR, Naumenko YuYu, Kitainov BV. Method of preparing phospholipid food product. Russia patent RU 2184459C1. 2002. Способ выделения фосфолипидов из фосфатидного концентрата: пат. 54922 Украина. № u201007237 / Шульга С. М., Глух А. И., Глух И. С.; заявл. 11.06.2010; опубл. 25.11.2010. Shulʹga SM, Glukh AI, Glukh IS. Method for isolating phospholipids from a phosphatide concentrate. Ukraine patent 54922. 2010. Комплексная переработка фосфолипидных фракций нерафинированных растительных масел: анализ инновационных технических подходов / И. А. Глотова [и др.] // Пищевая промышленность. 2019. № 1. С. 32-36. https://www.elibrary.ru/YXHEVN Glotova IA, Vysockaya EA, Makarkina EN, Galochkina NA, Konstantinov VE, Shahov SV. Complex processing of phospholipide fractions of unrefined vegetable oils: Analysis of innovative technical approaches. Food Industry. 2019;(1):32-36. (In Russ.). https://www.elibrary.ru/YXHEVN Roselló-Soto E, Galanakis CM, Brnčić M, Orlien V, Trujillo FJ, Mawson R, et al. Clean recovery of antioxidant compounds from plant foods, by-products and algae assisted by ultrasounds processing. Modeling approaches to optimize processing conditions. Trends in Food Science and Technology. 2015;42(2):134-149. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2015.01.002 Roselló-Soto E, Galanakis CM, Brnčić M, Orlien V, Trujillo FJ, Mawson R, et al. Clean recovery of antioxidant compounds from plant foods, by-products and algae assisted by ultrasounds processing. Modeling approaches to optimize processing conditions. Trends in Food Science and Technology. 2015;42(2):134-149. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2015.01.002 Bredihin SA, Andreev VN, Martekha AN, Schenzle MG, Korotkiy IA. Erosion potential of ultrasonic food processing. Foods and Raw Materials. 2021;9(2):335-344. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2021-2-335-344 Bredihin SA, Andreev VN, Martekha AN, Schenzle MG, Korotkiy IA. Erosion potential of ultrasonic food processing. Foods and Raw Materials. 2021;9(2):335-344. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2021-2-335-344 Paymulina AV, Potoroko IYu, Naumenko NV, Motovilov OK. Sonochemical microstructuring of sodium alginate to increase its effectiveness in bakery. Food Processing: Techniques and Technology. 2023;53(1):13-24. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2023-1-2411 Paymulina AV, Potoroko IYu, Naumenko NV, Motovilov OK. Sonochemical microstructuring of sodium alginate to increase its effectiveness in bakery. Food Processing: Techniques and Technology. 2023;53(1):13-24. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2023-1-2411