Контролируемое проращивание зерновых культур — эффективный способ переработки низкокачественного сырья

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. 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. 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.

1. Алехина Н.Н. Изменения теплофизических характеристик теста из биоактивированного зерна пшеницы в процессе замораживания. Хлебопродукты. 2015; (10): 44–45. https://elibrary.ru/uktjlz

2. Науменко 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/food190303

3. Нилова 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/food160107

4. Нилова 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/food210108

5. Потороко 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/10.20914/2310-1202-2017-4-143-151

6. Abdel 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.13216

7. Ashokkumar 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.2006.09.016

8. 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.

9. 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.2017.09.128

10. Ding 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.5b04859

11. Dziki 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.2014.07.010

12. Estivi 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.2022.106044

13. Gu 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/D2RA00523A

14. Hung 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.2010.12.015

15. Baranzelli 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.2017.12.070

16. Komyshev 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.2016.01990

17. Krasulya O. et al. Impact of acoustic cavitation on food emulsions. Ultrasonics Sonochemistry. 2016; 30: 98–102. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2015.11.013

18. Miano 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/srep38996

19. Naumenko 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.2022.106000

20. Nelson 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-2012-0351

21. Ragaee 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.2011.06.016

22. Seifikalhor 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-z

23. Singh 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)00094-7

24. Tian B. et al. Physicochemical changes of oat seeds during germination. Food Chemistry. 2010; 119(3): 1195–1200. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2009.08.035

25. Wu 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.2017.08.004

26. Yang 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