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.