vetpressАграрная наукаAgrarian science0869-81552686-701XРедакция журнала "Аграрная наука"10.32634/0869-8155-2023-372-7-149-154vetpress-2720Research ArticleАГРОИНЖЕНЕРИЯ И ПИЩЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИAGROENGINEERING AND FOOD TECHNOLOGIESКонтролируемое проращивание зерновых культур — эффективный способ переработки низкокачественного сырьяControlled germination of grain crops is an effective way to processing low-quality raw materialshttps://orcid.org/0000-0002-9520-3251НауменкоН. В.NaumenkoN. V.

Наталья Владимировна Науменко, доктор технических наук, доцент кафедры пищевыхи биотехнологий, доцент,

пр-т Ленина, 76, Челябинск, 454080

Natalya Vladimirovna Naumenko, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Food and Biotechnology, Associate Professor,

76 Lenin Аve., Chelyabinsk, 454080

naumenkonv@susu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1498-0703ФаткуллинР. И.FatkullinR. I.

Ринат Ильгидарович Фаткуллин, кандидат технических наук, доцент кафедры пищевых и биотехнологий,пр-т Ленина, 76, Челябинск, 454080

Rinat Ilgidarovich Fatkullin, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Food and Biotechnology,

76 Lenin Аve., Chelyabinsk, 454080

fatkullinri@susu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6246-9870КалининаИ. В.KalininaI. V.

Ирина Валерьевна Калинина, доктор технических наук, профессор кафедрыпищевых и биотехнологий, доцент,пр-т Ленина, 76, Челябинск, 454080

Irina Valerievna Kalinina, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Food and Biotechnology, Associate Professor,

76 Lenin Аve., Chelyabinsk, 454080

kalininaiv@susu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0213-1595НауменкоЕ. Е.NaumenkoE. E.

Екатерина Евгеньевна Науменко, студент,

пр-т Ленина, 76, Челябинск, 454080

Ekaterina Evgenievna Naumenko, Student,

76 Lenin Аve., Chelyabinsk, 454080

9193122375@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5193-2957ИванисоваЕ.IvanišováE.

Ева Иванисова, PhD, доцент Института пищевых наук,

2 Триеда Андрея Глинка, Нитра, 94976

Eva Ivanišová, PhD, Associate Professor Institute of Food Sciences,

2 Trieda Andreja Hlinku, Nitra, 94976

eva.ivanisova@uniag.skhttps://orcid.org/0009-0000-9559-8137ВасильеваЕ. К.VasilevaE. K.

Елизавета Константиновна Васильева, студент,

Огородный проезд, 25/20, Москва, 127322

Elizaveta Konstantinovna Vasileva, Student,

25/20 Ogorodny proezd, Moscow, 27322

VasilevaE.04@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0001-0519-759XРадкевичА. В.RadkevichA. V.

Анастасия Владимировна Радкевич, аспирант,

Кронверкский пр-т, 49, лит. А. Санкт-Петербург, 197101

Anastasia Vladimirovna Radkevich, Graduate Student,

49 lit. A, Kronverksky Ave., St. Petersburg, 197101

Nastya.rh.98@gmail.ruЮжно-Уральский государственный университетРоссияSouth Ural State UniversityRussian FederationСловацкий сельскохозяйственный университетСловакияSlovak University of AgricultureSlovakiaРоссийский университет транспортаРоссияRussian University of TransportRussian FederationУниверситет ИТМОРоссияITMO UniversityRussian Federation20233007202307149154Copyright © Науменко Н.В., Фаткуллин Р.И., Калинина И.В., Науменко Е.Е., Иванисова Е., Васильева Е.К., Радкевич А.В., 20232023Науменко Н.В., Фаткуллин Р.И., Калинина И.В., Науменко Е.Е., Иванисова Е., Васильева Е.К., Радкевич А.В.Naumenko N.V., Fatkullin R.I., Kalinina I.V., Naumenko E.E., Ivanišová E., Vasileva E.K., Radkevich A.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vetpress.ru/jour/article/view/2720Актуальность

Актуальность. Развитие технологий приработки зерновых культур и получения сырьевых ингредиентов, обладающих повышенными антиоксидантными свойствами, содержащих в своем составе биологически активные вещества природного происхождения, позволит сформировать современный отечественный рынок полезных пищевых продуктов для поддержания здоровья населения страны в долгосрочной перспективе. В качестве одного из таких подходов может быть контролируемое проращивание зерновых культур при ультразвуковой обработке на этапе замачивания. Данная технология позволит получить максимальный выход готовой продукции с единицы перерабатываемого сырья, перерабатывать низкокачественное сырье и создавать продукты с повышенной пищевой ценностью.

Методы

Методы. Объектами исследования были определены три образца зерновых культур: пшеница, ячмень, овес. На начальном этапе проводились входной контроль качества сырья и его обеззараживание физическим методом воздействия. Для опытных образцов зерновых культур на этапе замачивания осуществляли воздействие ультразвуком (22 ± 1,25 кГц) 245 Вт/л в течение 5 мин., далее зерно замачивали в течение 8 час. (зерно пшеницы) и 12 час. (зерно ячменя и овса) проводили процесс проращивания до достижения величины ростка 1,5–2 мм более чем у 90% зерен. С контрольными образцами проводили все операции в той же последовательности, исключая процесс ультразвукового воздействия. Во всех исследуемых образцах были определены общее содержание флавоноидов и полифенольных соединений с применением спектрофотометрического метода, общая антиоксидантная активность с использованием DPPH-метода, а также содержание γ-аминомасляной кислоты с использованием автоматизированной системы жидкостной хроматографии.

Результаты

Результаты. Исследования показали, что для всех пророщенных образцов зерновых культур характерны достаточно высокие значения содержания флавоноидов и полифенольных соединений. При этом у образцов, полученных при ультразвуковом воздействии, отмечается увеличение содержания флавоноидов в среднем в 7,3–8,9 раза, полифенолов — в 2–5,6 раза. В процессе интенсифицированного контролируемого проращивания общая антиоксидантная активность увеличивается на 31,6–40,0% относительно контрольных образцов зерновых культур. Прирост содержания ГАМК в образцах после ультразвукового воздействия составил в среднем 360–490%. Полученные результаты подтвердили возможность и целесообразность использования предложенной технологии контролируемого проращивания в получении сырьевых ингредиентов из пророщенных зерновых культур. Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта РНФ 23-26-00290.

Relevance

Relevance. The development of technologies of cereal crops germination and obtaining of raw ingredients with increased antioxidant properties, containing in their composition biologically active substances of natural origin, will allow to form a modern domestic market of useful food products to maintain the health of the country in the long term. One such approach could be controlled germination of grain crops by ultrasonic treatment during the soaking stage. This technology will maximise the yield of finished products per unit of processed raw material, process low-quality raw materials and create products with increased nutritional value.

Methods

Methods. The objects of the study were three samples of grain crops: wheat, barley, oats. At the initial stage, incoming quality control of raw materials and their disinfection by physical method of exposure were carried out. For experimental samples of cereal crops at the stage of soaking the impact of ultrasound (22 ± 1.25 kHz) 245 W/l for 5 min, then the grain was soaked for 8 hours (wheat grain) and 12 hours (barley and oats grain), the process of germination was carried out until reaching the sprout size 1.5–2 mm in more than 90% of grains. All operations with control samples were performed in the same sequence, excluding the process of ultrasound exposure. The total content of flavonoids and polyphenolic compounds was determined in all tested samples using spectrophotometric method, total antioxidant activity using DPPH-method, and γ-aminobutyric acid content using automated liquid chromatography system.

Results

Results. The studies showed that all germinated samples of cereal crops are characterized by sufficiently high values of flavonoid and polyphenolic compounds. At the same time, the samples obtained by ultrasound exposure showed an increase in the content of flavonoids by an average of 7.3–8.9 times, polyphenols by 2–5.6 times. In the process of intensified controlled germination, the total antioxidant activity increased by 31.6–40.0%, relative to the control samples of grain crops. The increase in GABA content in samples after ultrasound exposure averaged 360–490%. The results confirmed the possibility and feasibility of using the proposed technology of controlled germination in obtaining raw ingredients from germinated cereal crops. The study was carried out with the financial support of the Russian Science Foundation Grant 23-26-00290.

зерновые культурызерно пшеницызерно ячменязерно овсаантиоксидантные свойстваγ-аминомасляная кислотаультразвуковое воздействиесerealswheat grainbarley grainoat grainantioxidant propertiesγ-aminobutyric acidultrasoundСтатья выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ 23-26-00290.The article was financially supported by the grant of the Russian Science Foundation (RNF) 23-26-00290.ReferencesАлехина Н.Н. Изменения теплофизических характеристик теста из биоактивированного зерна пшеницы в процессе замораживания. Хлебопродукты. 2015; (10): 44–45. https://elibrary.ru/uktjlzAlekhina N.N. Changes in the thermophysical characteristics of dough from bioactivated wheat grain during freezing. Khleboproducty. 2015; (10): 44–45 (In Russian). https://elibrary.ru/uktjlzНауменко Н.В., Потороко И.Ю., Велямов М.Т. Цельносмолотая мука из пророщенного зерна пшеницы как пищевой ингредиент в технологии продуктов питания. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. 2019; 7(3): 23–30. https://doi.org/10.14529/food190303Naumenko N.V., Potoroko I.Yu., Velyamov M.T. Sprouted whole wheat grain as a food constituent in food technology. Bulletin of the South Ural State University. Series: Food and Biotechnologies. 2019; 7(3): 23–30 (In Russian). https://doi.org/10.14529/food190303Нилова Л.П. Влияние технологических факторов на качество и антиоксидантную активность обогащенных хлебобулочных изделий. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. 2016; 4(1): 55–63. https://doi.org/10.14529/food160107Nilova L.P. Influence of technological factors on the quality and antioxidant activity of enriched bakery products. Bulletin of the South Ural State University. Series: Food and Biotechnologies. 2016; 4(1): 55–63 (In Russian). https://doi.org/10.14529/food160107Нилова Л.П., Пилипенко Т.В., Потороко И.Ю. Токоферолы и токотриенолы: свойства, функции, природные источники. Аналитический обзор. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. 2021; 9(1): 68–81. https://doi.org/10.14529/food210108Nilova L.P., Pilipenko T.V., Potoroko I.Yu. Tocopherols and tokotrienols: properties, functions, natural sources. Analytical review. Bulletin of the South Ural State University. Series: Food and Biotechnologies. 2021; 9(1): 68–81 (In Russian). https://doi.org/10.14529/food210108Потороко И.Ю., Паймулина А.В., Ускова Д.Г., Калинина И.В., Попова Н.В., Шириш С. Антиоксидантные свойства функциональных пищевых ингредиентов, используемых при производстве хлебобулочных и молочных продуктов, их влияние на качество и сохраняемость продукции. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2017; 79(4): 143–151. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2017-4-143-151Potoroko I.Yu., Paimulina A.V., Uskova D.G., Kalinina I.V., Popova N.V., Shirish S. The antioxidant properties of functional food ingredients used in the production of bakery and dairy products, their impact on quality and storageability of the product. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2017; 79(4): 143–151 (In Russian). https://doi.org/10.20914/2310-1202-2017-4-143-151Abdel Razik E.S., Alharbi B.M., Pirzadah T.B., Alnusairi G.S.H., Soliman M.H., Hakeem K.R. γ-Aminobutyric acid (GABA) mitigates drought and heat stress in sunflower (Helianthus annuus L.) by regulating its physiological, biochemical and molecular pathways. Physiologia Plantarum. 2021; 172(2): 505–527. https://doi.org/10.1111/ppl.13216Abdel Razik E.S., Alharbi B.M., Pirzadah T.B., Alnusairi G.S.H., Soliman M.H., Hakeem K.R. γ-Aminobutyric acid (GABA) mitigates drought and heat stress in sunflower (Helianthus annuus L.) by regulating its physiological, biochemical and molecular pathways. Physiologia Plantarum. 2021; 172(2): 505–527. https://doi.org/10.1111/ppl.13216Ashokkumar M., Lee J., Kentish S., Grieser F. Bubbles in an acoustic field: an overview. Ultrasonics Sonochemistry. 2007; 14(4): 470–475. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2006.09.016Ashokkumar M., Lee J., Kentish S., Grieser F. Bubbles in an acoustic field: an overview. Ultrasonics Sonochemistry. 2007; 14(4): 470–475. https://doi.org/ 10.1016/j.ultsonch.2006.09.016Ashrafuzzaman M., Ismail M.R., Fazal K.M.A.I., Uddin M.K., Prodhan A.K.M.A. Effect of GABA application on the growth and yield of bitter gourd (Momordica charantia). International Journal of Agriculture and Biology. 2010; 12(1): 129–132.Ashrafuzzaman M., Ismail M.R., Fazal K.M.A.I., Uddin M.K., Prodhan A.K.M.A. Effect of GABA application on the growth and yield of bitter gourd (Momordica charantia). International Journal of Agriculture and Biology. 2010; 12(1): 129–132.Ding J., Hou G.G., Nemzer B.V., Xiong S., Dubat A., Feng H. Effects of controlled germination on selected physicochemical and functional properties of whole-wheat flour and enhanced γ-aminobutyric acid accumulation by Ultrasonication. Food Chemistry. 2018; 243: 214–221. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.09.128Ding J., Hou G.G., Nemzer B.V., Xiong S., Dubat A., Feng H. Effects of controlled germination on selected physicochemical and functional properties of whole-wheat flour and enhanced γ-aminobutyric acid accumulation by Ultrasonication. Food Chemistry. 2018; 243: 214–221. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.09.128Ding J. et al. Enhancing Contents of γ-Aminobutyric Acid (GABA) and Other Micronutrients in Dehulled Rice during Germination under Normoxic and Hypoxic Conditions. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2016; 64(5): 1094–1102. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5b04859Ding J. et al. Enhancing Contents of γ-Aminobutyric Acid (GABA) and Other Micronutrients in Dehulled Rice during Germination under Normoxic and Hypoxic Conditions. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2016; 64(5): 1094–1102. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5b04859Dziki D., Różyło R., Gawlik-Dziki U., Świeca M. Current trends in the enhancement of antioxidant activity of wheat bread by the addition of plant materials rich in phenolic compounds. Trends in Food Science & Technology. 2014; 40(1): 48–61. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2014.07.010Dziki D., Różyło R., Gawlik-Dziki U., Świeca M. Current trends in the enhancement of antioxidant activity of wheat bread by the addition of plant materials rich in phenolic compounds. Trends in Food Science & Technology. 2014; 40(1): 48–61. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2014.07.010Estivi L., Brandolini A., Condezo-Hoyos L., Hidalgo A. Impact of low-frequency ultrasound technology on physical, chemical and technological properties of cereals and pseudocereals. Ultrasonics Sonochemistry. 2022; 86: 106044. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2022.106044Estivi L., Brandolini A., Condezo-Hoyos L., Hidalgo A. Impact of low-frequency ultrasound technology on physical, chemical and technological properties of cereals and pseudocereals. Ultrasonics Sonochemistry. 2022; 86: 106044. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2022.106044Gu M., Yang J., Tian X., Fang W., Xu J., Yin Y. Enhanced total flavonoid accumulation and alleviated growth inhibition of germinating soybeans by GABA under UV-B stress. RSC Advances. 2022; (12): 6619–6630. https://doi.org/10.1039/D2RA00523AGu M., Yang J., Tian X., Fang W., Xu J., Yin Y. Enhanced total flavonoid accumulation and alleviated growth inhibition of germinating soybeans by GABA under UV-B stress. RSC Advances. 2022; (12): 6619–6630. https://doi.org/10.1039/D2RA00523AHung P.V., Hatcher D.W., Barker W. Phenolic acid composition of sprouted wheats by ultra-performance liquid chromatography (UPLC) and their antioxidant activities. Food Chemistry. 2011; 126(4): 1896–1901. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2010.12.015Hung P.V., Hatcher D.W., Barker W. Phenolic acid composition of sprouted wheats by ultra-performance liquid chromatography (UPLC) and their antioxidant activities. Food Chemistry. 2011; 126(4): 1896–1901. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2010.12.015Baranzelli Julia et al. Changes in enzymatic activity, technological quality and gamma-aminobutyric acid (GABA) content of wheat flour as affected by germination. LWT. 2018; 90: 483–490. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2017.12.070Baranzelli Julia et al. Changes in enzymatic activity, technological quality and gamma-aminobutyric acid (GABA) content of wheat flour as affected by germination. LWT. 2018; 90: 483–490. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2017.12.070Komyshev E., Genaev M., Afonnikov D. Evaluation of the SeedCounter, A Mobile Application for Grain Phenotyping. Frontiers in Plant Science. 2016; (7): 1990. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.01990Komyshev E., Genaev M., Afonnikov D. Evaluation of the SeedCounter, A Mobile Application for Grain Phenotyping. Frontiers in Plant Science. 2016; (7): 1990. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.01990Krasulya O. et al. Impact of acoustic cavitation on food emulsions. Ultrasonics Sonochemistry. 2016; 30: 98–102. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2015.11.013Krasulya O. et al. Impact of acoustic cavitation on food emulsions. Ultrasonics Sonochemistry. 2016; 30: 98–102. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2015.11.013Miano A.C., Pereira J.d.C., Castanha N., da Matta Júnior M.D., Augusto P.E.D. Enhancing mung bean hydration using the ultrasound technology: description of mechanisms and impact on its germination and main components. Scientific Reports. 2016; (6): 38996. https://doi.org/10.1038/srep38996Miano A.C., Pereira J.d.C., Castanha N., da Matta Júnior M.D., Augusto P.E.D. Enhancing mung bean hydration using the ultrasound technology: description of mechanisms and impact on its germination and main components. Scientific Reports. 2016; (6): 38996. https://doi.org/10.1038/srep38996Naumenko N., Potoroko I., Kalinina I. Stimulation of antioxidant activity and γ-aminobutyric acid synthesis in germinated wheat grain Triticum aestivum L. by ultrasound: Increasing the nutritional value of the product. Ultrasonics Sonochemistry. 2022; 86: 106000. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2022.106000Naumenko N., Potoroko I., Kalinina I. Stimulation of antioxidant activity and γ-aminobutyric acid synthesis in germinated wheat grain Triticum aestivum L. by ultrasound: Increasing the nutritional value of the product. Ultrasonics Sonochemistry. 2022; 86: 106000. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2022.106000Nelson K., Stojanovska L., Vasiljevic T., Mathai M. Germinated grains: a superior whole grain functional food? Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 2013; 91(6): 429–441. https://doi.org/10.1139/cjpp-2012-0351Nelson K., Stojanovska L., Vasiljevic T., Mathai M. Germinated grains: a superior whole grain functional food? Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 2013; 91(6): 429–441. https://doi.org/10.1139/cjpp-2012-0351Ragaee S., Guzar I., Dhull N., Seetharaman K. Effects of fiber addition on antioxidant capacity and nutritional quality of wheat bread. LWT — Food Science and Technology. 2011; 44(10): 2147–2153. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2011.06.016Ragaee S., Guzar I., Dhull N., Seetharaman K. Effects of fiber addition on antioxidant capacity and nutritional quality of wheat bread. LWT — Food Science and Technology. 2011; 44(10): 2147–2153. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2011.06.016Seifikalhor M., Aliniaeifard S., Hassani B., Niknam V., Lastochkina O. Diverse role of γ-aminobutyric acid in dynamic plant cell responses. Plant Cell Reports. 2019; 38: 847–867. https://doi.org/10.1007/s00299-019-02396-zSeifikalhor M., Aliniaeifard S., Hassani B., Niknam V., Lastochkina O. Diverse role of γ-aminobutyric acid in dynamic plant cell responses. Plant Cell Reports. 2019; 38: 847–867. https://doi.org/10.1007/s00299-019-02396-zSingh H., Singh N., Kaur L., Saxena S.K. Effect of sprouting conditions on functional and dynamic rheological properties of wheat. Journal of Food Engineering. 2001; 47(1): 23–29. https://doi.org/10.1016/S0260-8774(00)00094-7Singh H., Singh N., Kaur L., Saxena S.K. Effect of sprouting conditions on functional and dynamic rheological properties of wheat. Journal of Food Engineering. 2001; 47(1): 23–29. https://doi.org/10.1016/S0260-8774(00)00094-7Tian B. et al. Physicochemical changes of oat seeds during germination. Food Chemistry. 2010; 119(3): 1195–1200. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2009.08.035Tian B. et al. Physicochemical changes of oat seeds during germination. Food Chemistry. 2010; 119(3): 1195–1200. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2009.08.035Wu Q.Y. et al. Accumulating pathways of γ-aminobutyric acid during anaerobic and aerobic sequential incubations in fresh tea leaves. Food Chemistry. 2018; 240: 1081–1086. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.08.004Wu Q.Y. et al. Accumulating pathways of γ-aminobutyric acid during anaerobic and aerobic sequential incubations in fresh tea leaves. Food Chemistry. 2018; 240: 1081–1086. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.08.004Yang H., Gao J., Yang A., Chen H. The ultrasound-treated soybean seeds improve edibility and nutritional quality of soybean sprouts. Food Research International. 2015; 77(4): 704–710. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2015.01.011Yang H., Gao J., Yang A., Chen H. The ultrasound-treated soybean seeds improve edibility and nutritional quality of soybean sprouts. Food Research International. 2015; 77(4): 704–710. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2015.01.011

The authors declare that there are no conflicts of interest present.