The brewer’s spent grain structure study the point of view mineral composition
Authors: Грибкова И.Н. , Хорошева Е.В. , Ремнева Г.А. 
Published: August 2023

Статья посвящена вопросу исследования роли минеральных элементов в структуре растительной матрицы пивной дробины и их взаимосвязи с органическими соединениями. С помощью инструментальных методов анализа в работе достигается решение цели исследования – изучение минерального состава глубоко переработанной дробины физическими методами и его связь с органическими соединениями. Показано, что применение избыточного (0,5–1 атм) давления в среде с каталитом (рН 9,4) наиболее эффективно с точки зрения глубокой обработки структуры дробины, поскольку в экстрактах накапливается наибольшее количество фенольных, азотистых, углеводных соединений и микроэлементов (Mr, Mg, Zn, Fe), особенно при 1 атм в течение 30 мин. Содержание макроэлементов (Na, K, Ca, P, N) накапливается в экстрактах, получаемых при 0,5 атм в течение 1 ч. Авторами получены данные, свидетельствующие о том, что содержание макроэлементов (Na, K, Ca, P, N) и Mg при обработке избыточным давлением изменяется в узких пределах: 17,0–26,8 мг/дм3; 169,5–205,6 мг/дм3; 20,4–21,3 мг/дм3; 21,5–47,5 мг/дм3; 31,0–39,8 мг/дм3; 23,9–29,4 мг/дм3 соответственно. Относительно ионов Mn и Zn отмечена корреляция по отношению к количеству растворимого азота, а Fe – к содержанию общих полифенолов. Применение ультразвуковой обработки дробины в присутствии каталита за 1 ч позволило накопить максимальное количество редуцирующих соединений в экстрактах. Отмечено, что содержание полифенольных и азотистых соединений в экстрактах дробины, обработанной ультразвуком, независимо от длительности обработки, не превышало содержание органических соединений, содержащихся в экстрактах, полученных при избыточном давлении. Авторами показано, что ультразвук слабо влияет на изменение концентрации ионов минеральных соединений, они колеблются в узких пределах; применение избыточного давления позволяет накапливать больше ионов К и Fe, поскольку их содержание повышается в 1,2 раза и 1,5–5,2 раза соответственно по сравнению с аналогами, полученными при атмосферном давлении даже при воздействии ультразвука. Корреляционно-регрессионный многофакторный анализ показал тесную корреляционную связь между фенольными соединениями, ионами Mg (R=0,74) и Zn (R=0,81); азотистыми соединениями, ионами Na (R=0,67) и Fe (R=0,60); арабиноксиланами, Na (R=–0,74) и P (R=–0,76). Множественный корреляционный анализ показал наличие сильной связи между фенольными соединениями, растворимым азотом, бета-глюканом и арабиноксиланами и ионами Na-Fe, всеми теми же соединениями, кроме арабиноксиланов, и ионами Na-P, арабиноксиланом, растворимым азотом и ионами Mg-Zn, арабиноксиланом, бета-глюканом и ионами К-Са, что связано с биохимическими особенностями жизнедеятельности зерна.

The article is devoted to the mineral elements role study in the brewer’s spent grain plant matrix structure and their relationship with organic compounds. With the help of instrumental methods of analysis, the work achieves the study’s goal - the mineral composition of deeply processed grain’s study by physical methods and its relationship with organic compounds. It has been shown that the use of excess (0.5–1 atm) pressure in a medium with a catalyte (pH 9.4) is most effective in terms of deep processing of the grain structure, since the extracts accumulate the largest amount of phenolic, nitrogenous, carbohydrate compounds and trace elements (Mr, Mg, Zn, Fe), especially at 1 atm for 30 minutes. The content of macroelements (Na, K, Ca, P, N) accumulates in extracts obtained at 0.5 atm for 1 hour. The authors obtained data indicating that the content of macroelements (Na, K, Ca, P, N) and Mg during treatment with excessive pressure change within narrow limits: 17.0–26.8 mg/dm3; 169.5–205.6 mg/dm3; 20.4–21.3 mg/dm3; 21.5–47.5 mg/dm3; 31.0–39.8 mg/dm3; 23.9–29.4 mg/dm3 respectively. Regarding Mn and Zn ions, a correlation was noted with respect to the soluble nitrogen amount, and Fe – with the total polyphenols content. The use of brewer’s spent grain ultrasonic treatment in the presence of a catalyte for 1 h made it possible to accumulate the maximum amount of reducing compounds in the extracts. It was noted that the polyphenolic and nitrogenous compounds content in the brewer’s spent grain extracts treated with ultrasound, regardless of the duration of treatment, did not exceed the content of organic compounds contained in the extracts obtained under excessive pressure. The authors have shown that ultrasound has little effect on the change in the concentration of mineral compounds ions, they fluctuate within narrow limits; the use of excess pressure allows you to accumulate more K and Fe ions, since their content increases by 1.2 times and 1.5–5.2 times, respectively, compared with analogues obtained at atmospheric pressure even when exposed to ultrasound. Correlation-regression multivariate analysis showed a close correlation between: phenolic compounds, Mg (R=0.74) and Zn (R=0.81) ions; nitrogenous compounds, Na (R=0.67) and Fe (R=0.60) ions; arabinoxylans, Na (R=–0.74) and P (R=–0.76). Multiple correlation analysis showed a strong relationship between phenolic compounds, soluble nitrogen, beta-glucan and arabinoxylans and Na-Fe ions, all the same compounds except arabinoxylans, and Na-P ions, arabinoxylans and soluble nitrogen and Mg-Zn ions, arabinoxylan and beta-glucan and K-Ca ions, which is associated with the biochemical characteristics of the vital activity of the grain