The Physical Treatment Influence on Brewer’s Spent Grain Extract Phenolic Composition
Authors: Грибкова И.Н. 
Published: September 2023

В статье рассмотрен вопрос экологичной переработки пивной дробины, представлен спектр фенольных соединений. Поставленная авторами цель — исследование влияния экологических методов обработки пивной дробины на извлечение фенольных соединений была решена с помощью принятых в отрасли методов исследования. Показано, что присутствие католита и различной физической обработки по-разному влияет на димерные и мономерные формы связанных фенольных соединений. Исследовали изменение содержания димерных форм фенольных соединений (катехинов, рутина и кверцетина). Показано, что после 1-го этапа 3-этапной обработки наиболее эффективно католитом экстрагируются катехины и рутин. Оптимальной следует считать обработку при атмосферном давлении и 60 °С, поскольку концентрация катехинов в экстрактах колеблется в диапазоне 0,24–0,3 мг/г дробины, а рутина — 0,38–0,83 мг/г дробины соответственно, и данные показатели концентрации наибольшие из всех исследуемых видов обработки. Применение избыточного давления (0,5–1,0 атм) на 1-й стадии приводит к окислению катехинов на 50%, а при обработке ультразвуком потеря катехинов составляет 12–42%. Показано, что в экстрактах наиболее значимыми по содержанию мономерных форм были галловая кислота, ванилин и сиреневый альдегид. Наряду с этим отмечено, что наблюдается количественное увеличение альдегидных форм фенольных соединений при обработке дробины в католите избыточным давлением. Показано, что из димерных форм самыми лабильными соединениями служат катехины, поскольку в 4%-х водно-спиртовых экстрактах полностью обработанной дробины они не определяются. Наибольшим образом экстрагируется рутин, и увеличение его содержания прямо пропорционально продолжительности экстракции — увеличение продолжительности обработки на 1-м этапе на 3 ч способствует увеличению в 2,4 раза содержания рутина по сравнению с обработкой при атмосферном давлении за 3 ч. Установлено, что условия избыточного давления 1-й стадии обработки, то есть и высокая температура, и избыточное давление, способствуют окислению рутина. Его содержание падает до 0,003 мг/г дробины вне зависимости от условий. Воздействие ультразвуковой обработки повышает в 3 раза содержание рутина в экстрактах по сравнению с условиями воздействия избыточного давления. Наиболее значимо в водно-спиртовых экстрактах представлен ванилин, и его содержание зависит от типа физической обработки.

The article deals with the environmentally friendly processing issue the brewer’s spent grain structure. The brewer’s spent grain chemical composition is presented, in which various fractions of phenolic compounds occupy a significant place. The goal set by the authors — to study the influence of environmental methods of processing brewer’s spent grain on the phenolic compounds extraction was solved using research methods accepted in the industry. It has been shown that the presence of a catholyte and various physical treatments have different effects on the dimeric and monomeric forms of bound phenolic compounds. The authors studied the change in the content of phenolic compound dimeric forms (catechins, rutin and quercetin). Studies have shown that after the first stage of the 3-stage treatment, catechins and rutin are most effectively extracted with catholyte. It has been shown that treatment at atmospheric pressure and 60 °C is the most optimal, since the catechins concentration in extracts ranges from 0.24–0.3 mg/g of grain, and rutin — 0.38–0.83 mg/g of grain, respectively and these concentration indicators are the largest of all the studied types of treatment. The excess pressure (0.5–1.0 atm) use at stage 1 leads to the catechins oxidation by 50%, and during sonication, the catechins loss is 12–42%. It was shown that gallic acid, vanillin and lilac aldehyde were the most significant in the content of extracts monomeric forms. Along with this, it was noted that there was a quantitative increase in the aldehyde forms of phenolic compounds during the processing of brewer’s spent grain in a catholyte with excess pressure. It has been shown that catechins are the most labile among the dimeric forms, since they are not detected in 4% water-alcohol extracts of completely processed brewer’s spent grain. Rutin is extracted the most, and an increase in the content is directly proportional to the extraction duration — an increase in the duration of treatment at stage 1 by 3 h contributes to an increase in the rutin content by a factor of 2.4 compared with treatment at atmospheric pressure for 3 h. The authors showed that under conditions of excessive pressure stage 1 processing, that is, both high temperature and excess pressure, contribute to the rutin oxidation. Its content drops to 0.003 mg/g brewer’s spent grain, regardless of the conditions. The impact of ultrasonic treatment increases the rutin content in the extracts by 3 times compared to the exposure conditions to excess pressure. The authors have shown that vanillin is the most significant in hydroalcoholic extracts, and its content depends on the type of physical treatment.