Оптимизация процесса вакуумной сушки полифенолов, флаванолов и анализа удаления радикалов DPPH в шелухе стручков и скорлупе какао-бобов

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 13900 (2023) Цитировать эту статью

89 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Целью данного исследования была оптимизация различных условий вакуумной сушки шелухи какао-бобов и оболочки какао-бобов, чтобы улучшить качество этих побочных продуктов для коммерческого применения. Для проведения оптимизации была применена методология поверхности отклика с использованием экспериментальной схемы Бокса-Бенкена с 15 экспериментами, для которых были установлены различные условия температуры (X1), времени сушки (X2) и вакуумного давления (X3). Переменными ответа были содержание общего количества полифенолов, содержание флаванолов и активность по улавливанию радикалов, оцененная в экстрактах различных экспериментов. В качестве независимых переменных рассматривались температура (50–70 °С), время сушки (3–12 ч) и давление вакуума (50–150 мбар). Основными факторами, влияющими на переменные отклика, были температура, а затем вакуумное давление. Что касается содержания полифенолов, оптимальные значения ответа, предсказанные для шелухи какао-бобов, составили 11,17 мг ГАЭ/г с доверительным пределом (95%) от 9,05 до 13,28 мг ГАЭ/г (оптимальные условия: 65 °C, 8 часов и 75 мбар), тогда как для оболочки какао-бобов какао составляло 29,61 мг ГАЭ/г с доверительным пределом (95%) от 26,95 до 32,26 мг ГАЭ/г (оптимальные условия: 50 °C, 5 часов и 100 мбар). Таким образом, результаты этого исследования предполагают высокое содержание фенольных соединений, полученных из этих побочных продуктов, которые могут быть использованы в качестве функциональных ингредиентов для применения в пищевой, нутрицевтической и космецевтической промышленности.

Какао (Theobroma cacao L.) представляет собой растительный ресурс, имеющий большое экономическое значение для основных производящих регионов мира. Крупка, тертое какао, какао-порошок и какао-масло получаются при первичной переработке, а побочными продуктами, полученными при предварительной обработке и переработке, являются шелуха какао-бобов и оболочка какао-бобов1, 2. Предполагаемый объем производства какао-бобов (2020/2021 г.) по данным Международной организации какао (ICCO), составляет около 5240 тыс. тонн3. Из этой продукции только одна десятая часть будет использована для производства ликера, масла, жмыха или какао-порошка, а остальная биомасса (от 80 до 90%) выбрасывается как побочный продукт (включая шелуху какао-бобов, оболочку какао-бобов, слизь и плацента)4. Оболочка какао-бобов, образующаяся в процессе обжарки, составляет от 10 до 17% от общего веса какао-боба5. Восстановление побочных продуктов какао с точки зрения экономики замкнутого цикла имеет важное значение для развития цепочки создания стоимости и смягчения воздействия на окружающую среду. В связи с этим, продвижение инновационных моделей использования шелухи какао-бобов и оболочки какао-бобов для производства биоактивных компонентов (углеводов, пищевых волокон, белков, полисахаридов, полифенолов, минералов и т.д.), а также в применении в продуктах питания с высокой добавленной стоимостью (напитки, шоколад, джемы, масла, колбасы и др.), а также при производстве биотоплива (биоуголь, биоэтанол, биогаз, биомасло и др.) они высоко ценятся6,7,8 .

В какао-стручке и какавелле идентифицировано несколько классов полифенолов, в том числе процианидины, флаванолы, флавонолы, фенольные кислоты9, 10. В какаовелле основными классами полифенолов являются фенольные кислоты, в том числе глюконовая кислота, гомованилиновая кислота, гликозид ванильной кислоты и т. д. .10. Эти соединения, присутствующие в побочных продуктах какао, обладают различными биологическими эффектами2. Среди биофункциональных свойств какавеллы предполагается, что она обладает антибактериальным действием, ингибируя активность против Streptococcus mutans11. Россин и др.12 сообщили о профилактическом эффекте против повреждений, связанных с целостностью кишечника, в результате окислительных/воспалительных реакций. Результаты этого исследования показывают, что, вероятно, ответственным за защиту от неблагоприятных воздействий является высокое содержание фенольных соединений. Несколько авторов сообщили, что экстракты скорлупы какао и стручков обладают антиоксидантной активностью in vitro согласно анализам DPPH (2,2-дифенил-1-пикрилгидразил), ABTS (2,2'-азино-ди-(3-этилбензотиазолин)) -6-сульфоновой кислоты. кислота) и FRAP (антиоксидантная сила, снижающая содержание железа)13, 14. Кроме того, полифенолы какао-скорлупы способны ингибировать выработку активных форм кислорода, защищая клетки от окислительного стресса путем индукции перекиси водорода в эндотелиальных клетках пупочной вены человека14. В научной литературе сообщалось об использовании побочных продуктов какао, полученных при предварительной обработке (стручок какао) и переработке (скорлупа какао). Подход к использованию этих побочных продуктов основан на укреплении цепочки создания стоимости и использовании их биоактивных компонентов в качестве ингредиентов для функциональных продуктов питания, нутрицевтиков и космецевтики15. Предыдущим процессом восстановления биоактивных компонентов является стабилизация сырья посредством различных условий сушки, таких как сушка на солнце, сушка в печи с принудительной подачей воздуха, вакуумная сушка, инфракрасная сушка, микроволновая сушка и т. д.13. Методы сушки побочных продуктов имеют как преимущества, так и недостатки в процессе сушки. Удаление воды из пищевых матриц — сложный процесс, кардинально влияющий на содержание биоактивных компонентов, питательных веществ и органолептические свойства, особенно на форму, цвет, аромат и консистенцию обезвоженных продуктов16, 17. Из большинства методов сушки наиболее часто используется принудительная воздушная сушка. широко известен и широко используется как недорогой метод промышленного производства обезвоженных пищевых продуктов из фруктов, овощей, семян, орехов и миндаля18. Кроме того, использование традиционных технологий при сушке отрицательно влияет на общий выход и ухудшает качество готовой продукции19. С другой стороны, вакуумная сушка считается альтернативной технологией по сравнению с традиционными методами, использующими более высокие температуры, поэтому вакуумная сушка может способствовать сохранению биологически активных компонентов, присутствующих в пищевых продуктах20. Например, влияние процесса сушки на антоцианы и неокрашенные фенолы в побочных продуктах виноделия сильно варьируется по сравнению с сублимационной сушкой, которая менее радикальна для антоцианов и неокрашенных фенолов21. Однако процессы сублимационной сушки не очень выгодны для пищевой промышленности из-за длительности процесса и высоких затрат22. Например, результаты вакуумной сушки свеклы при 50 °С и давлении 150 мбар по функциональным свойствам были сопоставимы с сублимационной сушкой22.

0.05, suggesting that the quadratic model properly fit the experimental data./p> 0.05). Šumić et al.25 reported that the temperature (X1) showed significant differences (p < 0.05) during the red currants vacuum drying process for the content of flavonoids and total polyphenols./p> 0.05). In addition, the mathematical models generated were not fit to predict the responses. In fact, the lack of fitness was significant for the polyphenol content variable (p < 0.05), while the p-value was 0.271 and 0.826 for the flavanol content and RSA responses, respectively (Table 6). The factors selected did not show a great effect on the response variables but only a slight influence of drying time on polyphenol content in the linear model. On the other hand, vacuum pressure had no significant effect on the responses either. Rebollo-Hernanz et al.38 reported a high influence of the temperature factor (X1) on polyphenol content, flavanol content, and RSA, with contributions ranging from 37 to 43%. The temperature ranged from 30 to 100 °C during the study. Furthermore, it could be observed that the drying time (X2) did not have a significant influence, with a contribution of 0.1–0.5%. The interaction between temperature and drying time (X1X2) for the three response variables was statistically nonsignificant. As for vacuum pressure (X3), Almeida-Trasviña et al.24 reported that the effect of X3 in the linear model was nonsignificant, both for polyphenol content and RSA./p> 15%, representing 20% of the experiments. Experiments with low moisture percentages had a mean temperature of 67.50 °C and a mean vacuum pressure of 87.50 mbar, whereas those with a high moisture percentage yielded an average drying temperature value of 53.33 °C and a vacuum pressure of 133.33 mbar. These results were similar to those obtained by Šumić et al.25, who reported that an increased vacuum pressure results in slow drying and produces samples with high moisture content. In contrast, when vacuum pressure decreases, the drying process is faster, producing samples with low moisture content. Furthermore, the drying time influenced the moisture content—experiments with values ranging from 5 to 10% yielded an average of 11 h, while those with values ranging from 10 to 15% had a mean of 8.67 h. Moisture content also affected the response variables—experiments with high drying temperatures and low vacuum pressure showed high TPC, TFC, and RSA. Conversely, experiments (4, 6, and 8; Table 2) conducted at low temperature and high vacuum pressure yielded lower values of polyphenol (3.11 mg GAE/g) and flavanol (0.47 mg CE/g) contents as well as an RSA of 0.02 mmol TE/g. Similar results were reported by Almeida-Trasviña et al.24, with lower values for TPC and RSA for temperatures ranging from 32 to 41 °C and a vacuum pressure ranging from ~ 420 to ~ 505 mbar./p> 15% of moisture yielded a mean of 12.74 units. The contribution of coordinate b* (yellowness) to the color of CPH was more relevant, probably due to its carotenoid content. Pico Hernández et al.45 reported a carotenoid content of 64.35 mg/g, using a supercritical fluid extraction system. Taking the correlation values into consideration, parameters L* and b* vs. moisture showed an negative relation (L* vs. moisture: r = − 0.9512; p = 0.0000; R2 = 0.9049) and (b* vs. moisture: r = − 0.9238; p = 0.0000; R2 = 0.8535), while the chromaticity parameter a* vs. moisture showed little or no correlation (a* vs. moisture: r = − 0.1648; p = 0.5572; R2 = 0.0272)./p> 0.05) and the correlation coefficient was greater than 0.9 for CPH, the ANOVA results proved that the models were nonsignificant (p > 0.05). The model for polyphenol content showed a lack-of-fit value (p = 0.046) with a contribution of 71%; the model for flavanol content showed a lack-of-fit value (p = 0.271) with a contribution of 44.9%; and that for RSA showed a lack-of-fit value (p = 0.826) with a contribution of 39.3% for CBS. The mathematical models generated for CPH were fit for experimental data, contrary to those generated for CBS, which showed nonfit values to predict responses./p>