Influence of physical processing of grains on the mineral composition of alcohol extracts

Abstract

Статья посвящена вопросу перспективы переработки пивной дробины физическими методами и анализу минерального состава водно-спиртовых экстрактов на основе обработанной дробины. Приводится состав пивной дробины, акцентируется внимание на доступности органических соединений в растительной матрице солодовых оболочек по сравнению с немодифицированным ячменем. С помощью инструментальных и математических методов анализа в работе достигается решение цели исследования - установление связи минеральных элементов и органических соединений в структуре зерна. Показано, что в условиях повышенного давления до 0,5 атм содержание растворимого азота снижается в 4,5 раза по сравнению с необработанной дробиной, а в условиях избыточного (0,5-1 атм) давления растет прямо пропорционально величине давления. Обработка ЭХА-водой позволяет гидролизовать полимеры и перевести в растворимое состояние катехины, антоцианогены и кверцетин, тогда как обработанные под давлением образцы не содержат фенольных соединений, кроме катехинов. Показано снижение концентрации редуцирующих соединений в 175 раз по сравнению с нативной дробиной. Концентрация минеральных элементов изменяется в ходе обработки дробины в зависимости от уровня давления: при давлении до 1 атм ионы цинка не обнаруживаются, железа - снижают свою концентрацию, а меди, наоборот, увеличивают по сравнению с обработанной ЭХА-водой дробиной; давление выше 1 атм увеличивает концентрацию цинка и железа, а концентрация ионов меди снижается по сравнению с необработанной дробиной. Математический анализ показал, что ионы цинка и железа связаны с белковыми молекулами непосредственно, а ионы меди - через катехины. Результаты показали, что металлы связаны с фенольными соединениями (катехины, кверцетин) в структуре дробины и их коэффициенты корреляции выстроены в следующем порядке: Fe (r=0,97)>Zn (r=0,96)>Cu (r=0,94). Взаимосвязь между конкретными ионами металлов зависит от их природы и строения конкретного мономерного углевода: показана убыль прямой корреляции ионов металлов в ряду глюкоза-сахароза-ксилоза-арабиноза. The article is devoted to the issue of the prospects for the processing of brewer's spent grain by physical methods and the analysis of the mineral composition of water-alcohol extracts based on the processed grains. The brewer’s spent grain composition is given, attention is focused on the organic compounds availability in the brewer’s spent grain plant matrix in comparison with unmodified barley. The work achieves the goal of the study - establishing the relationship between mineral elements and organic compounds in the grain structure with the help of instrumental and mathematical methods of analysis. It is shown that under conditions of increased pressure up to 0.5 atm, the content of soluble nitrogen decreases by 4.5 times compared to untreated pellets, and under conditions of excess (0.5-1 atm) pressure, it increases in direct proportion to the pressure. Treatment with ECA water allows polymers to be hydrolyzed and catechins, anthocyanogens, and quercetin to dissolve, while pressure-treated samples do not contain phenolic compounds other than catechins. A 175-fold decrease in the concentration of reducing compounds was shown compared to native brewer’s spent grain. The concentration of mineral elements changes during the brewer’s spent grain processing depending on the pressure level: at a pressure of up to 1 atm, zinc ions are not detected, iron ions decrease their concentration, and copper, on the contrary, increases compared to pellets treated with ECA water; pressure above 1 atm increases the concentration of zinc and iron, and the concentration of copper ions decreases compared to untreated pellets. Mathematical analysis showed that zinc and iron ions are directly connected with protein molecules, and copper ions - through catechins. The results showed that metals are associated with phenolic compounds (catechins, quercetin) in the grain structure and their correlation coefficients are arranged in the following order: Fe (r=0.97)>Zn (r=0.96)>Cu (r=0, 94). The relationship between specific metal ions depends on their nature and the structure of a particular monomeric carbohydrate: a decrease in the direct correlation of metal ions in the series glucose-sucrose-xylose-arabinose is shown.