Исследование изменения показателей антиоксидантной активности, микроструктуры и минерального состава зерна пшеницы сорта Надира при подготовке к производству зернового

Актуальность. Цельнозерновые продукты приобретают большую популярность у жителей индустриально развитых стран благодаря высокому содержанию пищевых волокон, витаминов и минеральных элементов. Замачивание зерна пшеницы является важнейшей стадией при производстве зернового хлеба. С целью улучшения качества и приобретения полезных свойств зерновым хлебом применяют ферментные препараты на основе целлюлаз на стадии замачивания зерна. Этот биотехнологический прием влияет на изменение локализации и содержания важнейших биологически активных веществ в зерне. Новые знания о перераспределении химических соединений в пределах зерна пшеницы в процессе ферментативного гидролиза позволят разработать основы регулирования процесса замачивания.

Методы. Представлены экспериментальные данные о влиянии комплексного ферментного препарата на основе целлюлаз и селенита натрия, вносимых при замачивании зерна пшеницы, на изменение микроструктуры основных морфологических частей зерна, антиоксидантную активность, содержание химических соединений, определяющих антиоксидантную активность, и распределение минеральных элементов в пределах зерновки.

Результаты. При замачивании зерна пшеницы сорта Надира в буферном растворе ферментного препарата на основе целлюлаз и селенита натрия в течение 10 часов в оптимальных для действия ферментов условиях происходит модификация микроструктуры морфологических частей зерна, увеличиваются антиоксидантная активность зерна на 9,3% ингибирования радикала ДФПГ, содержание суммы флавоноидов (на 0,05%), антоцианов (на 0,132%) и глутатиона (на 12 мг%) по сравнению с вариантом, в котором зерно замачивали в воде. Биологически активные минеральные элементы и селен накапливаются после ферментации зерна в зародыше.

1. Gómez M., Pereira E. Grain Products: Traditional and Innovative Technologies. Foods. 2024; 13(7): 1126. https://doi.org/10.3390/foods13071126

2. Zujko M.E., Witkowska A.M. Dietary Antioxidants and Chronic Diseases. Antioxidants. 2023; 12(2): 362. https://doi.org/10.3390/antiox12020362

3. Vaskovsky A.M., Chvanova M.S., Rebezov M.B. Creation of digital twins of neural network technology of personalization of food products for diabetics. 2020 4th Scientific School on Dynamics of Complex Networks and their Application in Intellectual Robotics (DCNAIR). IEEE. 2020; 251–253. https://doi.org/10.1109/DCNAIR50402.2020.9216776

4. Koistinen V.M. et al. Metabolic chenges in response to varing whole-grain wheat and rye intake. npj Science of Food. 2024; 8: 8. https://doi.org/10.1038/s41538-024-00247-0

5. Longo A., Amendolagine G., Miani M.G., Rizzello C.G., Verni M. Effect of Air Classification and Enzymatic and Microbial Bioprocessing on Defatted Durum Wheat Germ: Characterization and Use as Bread Ingredient. Foods. 2024; 13(12): 1953. https://doi.org/10.3390/foods13121953

6. Dinu M, Martini D. Ultra-Processed Foods, Diet Quality and Human Health. Nutrients. 2023; 15(13): 2890. https://doi.org/10.3390/nu15132890

7. Karshieva U.Sh., Ashurov Sh.Sh. The Influence of Sowing and Mineral Fertilizer Norms on The Growth, Development, Yield and Crop Qualities of Seeds of Autumn Soft Wheat. Journal of Advanced Zoology. 2023; 44(S6): 219–224.

8. Khudaykulov J., Azizov B., Israilov I. Influence of planting period on the growth, development and productivity indicators of durum wheat. E3S Web of Conferences. 2023; 389: 03048. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202338903048

9. Карелина Ю.А., Ильина М.А., Ребезов М.Б. Управление качеством пшеничной муки на основе принципов ХАССП. Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. Тезисы докладов 82-й Международной научно-технической конференции. Магнитогорск: Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова. 2024; 372. https://elibrary.ru/jrztqr

10. Szőke-Trenyik E., Mihalkó J., Sipos P., Szabó B.P. Development of High-Fibre, Ready-to-Bake Flour Mixtures from Purple Wheat. Processes. 2023; 11(2): 389. https://doi.org/10.3390/pr11020389

11. Махмудов Ф.А., Азимова С.Т., Ребезов М.Б., Изтаев А.И., Конарбаева З.К. Технология производства и качество выпеченного хлеба из цельномолотой пшеничной муки. Вестник Университета Шакарима. Серия: Технические науки. 2024; (1): 165–173. https://doi.org/10.53360/2788-7995-2024-1(13)-21

12. Смольникова Ф.Х., Амирханов К.Ж., Асенова Б.К., Ребезов М.Б., Сотникова В.М, Нургазезова А.Н. Технология сухой зерновой смеси с использованием жмыха зародыша пшеницы. Пища. Экология. Качество. Труды XIV Международной научно-практической конференции. Новосибирск: Золотой колос. 2017; 2: 206–209. https://elibrary.ru/yleeps

13. Courtin C.M., Delcour J.A. Arabinoxylans and Endoxylanases in Wheat Flour Bread-making. Journal of Cereal Science. 2002; 35(3): 225–243. https://doi.org/10.1006/jcrs.2001.0433

14. Coda R., Kärki I., Nordlund E., Heiniö R.-L., Poutanen K., Katina K. Influence of particle size on bioprocess induced changes on technological functionality of wheat bran. Food Microbiology. 2014; 37: 69–77. https://doi.org/10.1016/j.fm.2013.05.011

15. Naumenko N.V., Chaplina A.A., Fatkullin R.I., Skachkova E.N., Fatkullina N.I. Vegetable raw materials as a way to improve the quality of bakery products. BIO Web of Conferences. 2024; 108: 02010. https://doi.org/10.1051/bioconf/202410802010

16. Li Y., Wu X. Processing and Properties Analysis of Grain Foods. Processes. 2023; 11(1): 95. https://doi.org/10.3390/pr11010095

17. Tufail T. et al. Extraction, quantification, and biochemical characterization of cereal industry by-product cell wall. Journal of Food Processing and Preservation. 2020; 45(3): e15023. https://doi.org/10.1111/jfpp.15023

18. Qi X., Zhang Y., Yu H., Xie J. Research on the Properties of Polysaccharides, Starch, Protein, Pectin, and Fibre in Food Processing. Foods. 2023; 12(2): 249. https://doi.org/10.3390/foods12020249

19. Nguyen S.N., Drawbridge P., Beta T. Distribution of cereal phytochemicals and micronutrients in whole grains: A review of nutraceutical, industrial, and agricultural implications. Cereal Chemistry. 2024; 101(5): 903‒925. https://doi.org/10.1002/cche.10790

20. van der Cruijsen K., Al Hassan M., van Erven G., Dolstra O., Trindade L.M. Breeding Targets to Improve Biomass Quality in Miscanthus. Molecules. 2021; 26(2): 254. https://doi.org/10.3390/molecules26020254

21. Rempelos L., Kabourakis E., Leifert C. Innovative Organic and Regenerative Agricultural Production. Agronomy. 2023; 13(5): 1344. https://doi.org/10.3390/agronomy13051344

22. Bhatia S.K. Biorefinery for the Sustainable Biochemicals Production: Process Design and Technological Advances. Sustainability. 2023; 15(10): 7973. https://doi.org/10.3390/su15107973

23. Baksi S., Saha D., Saha S., Sarkar U., Basu D., Kuniyal J.C. Pre-treatment of lignocellulosic biomass: review of various physico-chemical and biological methods influencing the extent of biomass depolymerization. International Journal of Environmental Science and Technology. 2023; 20(12): 13895– 13922. https://doi.org/10.1007/s13762-023-04838-4

24. Naumenko O. et al. Improving the quality of wheat bread by enriching teff flour. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2023; 3(11): 33–41. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.279286

25. Kiyashko N., Sideltsev O. The Use of Ascorbic Acid as an Improver of Oxidative Action in the Production of Wheat Bread. Beskopylny A., Shamtsyan M., Artiukh V. (eds.). XV International Scientific Conference “INTERAGROMASH 2022”. Global Precision Ag Innovation 2022. Lecture Notes in Networks and Systems; vol. 574. Cham: Springer. 2023; 1: 2544–2549. https://doi.org/10.1007/978-3-031-21432-5_279

26. Корячкина С.Я., Кузнецова Е.А., Синицын А.П. Применение ферментного препарата «Целловиридин Г20х» для производства зернового хлеба. Хлебопечение России. 2004; (3): 15–18.

27. Alekhina N., Аndreanova T., Ponomareva E., Lukina S., Lobacheva N., Logunova L. The choice of optimal parameters for bioactivated wheat grinding in grain bread technology. BIO Web of Conferences. 2024; 103: 00080. https://doi.org/10.1051/bioconf/202410300080

28. Кузнецова Е.А. Изменение качества зерна пшеницы при подготовке к производству зернового хлеба в условиях ферментативного гидролиза. Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2008; (6): 82–85. https://www.elibrary.ru/jxgpub

29. Бутенко Л.И., Лигай Л.В. Исследования химического состава пророщенных семян гречихи, овса, ячменя и пшеницы. Фундаментальные исследования. 2013; (4–5): 1128–1133. https://www.elibrary.ru/pxmlcl

30. Ragusa A. Secondary Metabolites for the Reduction of Oxidative Stress. Molecules. 2023; 28(22): 7555. https://doi.org/10.3390/molecules28227555

31. Kapoor P. et al. Anthocyanin biofortified colored wheat modifies gut microbiota in mice. Journal of Cereal Science. 2022; 104: 103433. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2022.103433

32. Padhy A.K., Kaur P., Singh S., Kashyap L., Sharma A. Colored wheat and derived products: key to global nutritional security. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2024; 64(7): 1894–1910. https://doi.org/10.1080/10408398.2022.2119366

33. Dhua S., Kumar K., Kumar Y., Singh L., Sharanagat V.S. Composition, characteristics and health promising prospects of black wheat: A review. Trends in Food Science and Technology. 2021; 112: 780–794. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.04.037

34. Lemmens E. et al. Impact of Cereal Seed Sprouting on Its Nutritional and Technological Properties: A Critical Review. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2019; 18(1): 305–328. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12414

35. Pasko P. et al. Influence of selenium supplementation on fatty acids profile and biological activity of four edible amaranth sprouts as new kind of functional food. Journal of Food Science and Technology. 2015; 52(8): 4724–4736. https://doi.org/10.1007/s13197-014-1602-5

36. Baenas N., García-Viguera C., Moreno D.A. Elicitation: A Tool for Enriching the Bioactive Composition of Foods. Molecules. 2014; 19(9): 13541‒13563. https://doi.org/10.3390/molecules190913541

37. Moldovan C., Dumbravă D., Raba D., Popa M., Toţa C., Zippenfening S.E. Assessing the level of key antioxidants in wheat seedlings consecutive sodium selenite treatment. Journal of Agroalimentary Processes and Technologies. 2011; 17(1): 58–66.

38. Yunuskhanov Sh., Jaynakov M.Sh., Abdurazakova Z.L. Soybean Seed Peroxidase. Tuijin Jishu. 2023; 44(4): 1051–1056. https://doi.org/10.52783/tjjpt.v44.i4.969

39. Кузнецова Е.А. Трансформация тяжелых металлов в системе «почва — зерновые культуры — продукты — переработка зерна». Орел: Зенина С. 2009; 99. ISBN 978-5-902802-41-9 https://www.elibrary.ru/qkzwtr

40. Фаткуллин Р.И. и др. Исследование антиоксидантных свойств обогащенных хлебобулочных изделий. Аграрная наука. 2022; (9): 167–172. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2022-362-9-167-172

41. Королев Д.Н., Хмелева Е.В. Перспективы использования новых селекционных сортов пшеницы для создания продуктов питания функционального назначения. Перспективы отраслевого взаимодействия в комплексной реабилитации. Материалы VI Международной научно-практической конференции. Орел: Орловский государственный университет им. И.С. Тургенева. 2024; 203‒207. https://elibrary.ru/jmgnka

42. Егоров Г.А. Управление технологическими свойствами зерна. Воронеж: ВГУ. 2000; 348.